信息与通信 文献翻译 外文文献 英文文献 基于LabVIEW的错误控制编码技术远程访问实验室.pdf

毕业设计 论文 报告纸 1 基于labview的错误控制编码技术远程访问实验室 基于labview的错误控制编码技术远程访问实验室 摘要 学校给电子领域和通讯技术知识的学生提供教育学院实验室工程 培养他们的执行能力 事实上 只有较少的设备需要实验室的先进技术 而强制学生在实验室工作 限制了他们的 作品进度 从而限制工作时间 当代计算机技术 提供了替代实验室 学生可以没有地点和 时间的限制的情况下完成实验 在这项工作中 实时远程访问实验台与差错控制编码技术 它让学生可以通过任何一台计算机连接到基于 web 的实验室系统 在局域网上做实验 在这 个实验室中 学生将进行实时实现 没有时间和地点的限制 完成实验 并加强自己的理论 知识 2010 爱思唯尔有限公司保留所有权利 关键词 labview 的错误控制编码 远程访问实验室 基于 web 的学习 块编码 卷积编 码 turbo 编码 1 简介 在技术教育学院举行会议 是我国的高中技术教师以及行业人才的需求的重要场所 对 于院系 理论课 以及实验室工作执行都非常重要 这些实验室工程 支持学生的理论知识 和培养他们的执行能力 实验室设备可以提供学生组一些应用程序和替代方法 它也支持的 实验室工作和发展 随着一天一天的远程教育的重要性增加 远程访问和可控的环境是必要 的 因此 学生将能够访问没有位置和时间的限制的实验室设施 远程访问实验室使得学生 在该实验室设备的远程连接并进行实验 并获得反馈信息等实验结果的应用 秩序基本需要 在通信系统的接收器上获得可靠的信息是申请错误控制编码技术 为此 像 blockcoding 卷积 编码技术 turbo 编码 实时应用控制在这项工作中的编码技术准备 labview 软件和远程访 问实验室成立 因此 学生将加强实时应用自己的理论知识 他们将在远程访问实验室 而 不受到位置和时间的限制 在第一部分 关于建立远程访问实验室的设备结构的信息 在第二部分 信息块编码 卷积编码器和 turbo 编码器实验台 与 labview 软件设计 这是学生解释将如何访问实验室 通过网站和应遵循的方法 同时使实验完成 毕业设计 论文 报告纸 在第三部分 它是处理有关所取得的成果 并完成评估工作 2 硬件结构 差错控制编码技术的实时测试硬件设置在图 1 中给出 服务器系统中的计算机提供了安 捷伦 33220a 信号发生器 并通过其 usb 端口的系统 nidaq8 6 数据采集卡进行控制 服务 器通过以太网卡将应用程序转移到 intranet 和 internet 环境中 安捷伦 33220a 信号发生器是 用于生成适用于在执行应用程序的编码输入的数据信号 通过与 labview 软件设计的块结 构和信号发生器产生随机值 通过具有 nidaq8 6 数据采集卡的计算机环境转移这些信号发 生器产生的随机值在应用中使用 他们是通过 usb 电缆连接到服务器上的 usb 端口 该器 件可接收由 labview 软件发送的命令 并执行必要的程序 图 1 差错控制编码技术的实时测试硬件设置 2 1 控制信号发生器 信号发生器的驱动程序是安装在服务器计算机上 以提供安捷伦 33220a 信号发生器的 控制系统和服务器计算机与通信 信号发生器连接到端口地址 是由在 labview 中创建一 个块结构实现的 它生成值 0 1 之间伏特 2 2 数据采集卡的控制 2 一个 nidaq8 6 数据采集卡用于传输信号发生器的随机值到服务器计算机 系统中的数 据采集卡的驱动程序是安装在服务器计算机上 用来提供通信给具有数据采集卡的服务器计 算机 使用 daq 助手的功能 将有价值的数据由数据采集卡读入 labview 环境 daq 助 毕业设计 论文 报告纸 3 手 添加到 labview 程序结构图面板复位 经过这个过程 目的 ofthe 数据采集卡在打开的 窗口中选定 应该要读取的数据采集卡中 0 1 伏在应用中的随机值 模拟量输入选择的数据 采集卡 它用来调整相对电压 在新打开的窗口中 被选中的数据将读取输入的数据采集卡 值 然后 在数据采集卡和位数字数据的限制范围内调整 3 labview 软件的应用 错误控制编码技术 块编码 卷积编码器和 turbocoder 的实时应用实验准备 学生远程 访问实验室的数据源的实时控制 可与 agilent33220a 信号发生器的 vi 虚拟仪器 和 labview 软件创建 使用 web 发布工具的互联网上公布 3 1 代位数据被应用到编码器输入 实验得到的二进制数据 适用于每个错误控制编码输入 转换成二进制序列信号发生器 产生的0 1伏之间的随机值 通过使用labview软件的vi创建一个模拟 数字转换器 adc 模块结构图 从数据输出 daq 助手获得的测量幅度 0 1 伏之间的随机值 模拟信号产生方波 vi 确定的值 这些产生的模拟信号适用于模拟信号输入到数字波形 vi 并转换成数字信号 模拟到数字波形 vi 的参数调整和创建的 8 位或 4 位在 0 1 伏的输入信号产生输出序列 这种 并行的数据序列是序列化的算法 是在公式节点的功能创建的 所以被应用到编码器输入获 得数据序列 3 2 块编码设计实验设置 块码生成的 k 个数据位加入校验位 nk 和 n k 表示 由于在嘈杂的渠道和从容 的编码数字传输的位错误 特别是检测错误中 它被广泛使用 加入 3 个校验位到 4 位的数 据序列 汉明码的编码输入测试集 其中前面板可以看到在图 2 中 7 位编码输出序列为蓝 本取自编码器输出 在测试集 第一个的前面板上 测试相关参数的设置可以调整 建立编 码器输出和错误检测过程中可以观察到 学生将能够在 0 1 伏安捷伦 33220a 信号发生器前面 板实时执行编码器之间的随机值的测试 在一个矢量矩阵的过程中生成矩阵 由 4 行和 7 列 在 labview 中建立的块结构以及 4 位数据构成 在 adc 输出的序列中 学生在前面板上观 察 7 位编码输出序列 构成乘法生成的 4 位数据序列和 3 个校验位 7 位编码输出序列 从 编码器输出获得 以提供学生观察 错误检测奇偶控制矩阵 零向量是运用矢量的相同控制 在转置矩阵的过程中 在块结构和 7 位编码输出序列构成 3 行 7 列的转置矩阵 从错误检测 毕业设计 论文 报告纸 过程中获得零向量 学生观察是否有控制矩阵列的第 7 位编码输出序列的任何错误和空载体 图 2 块编码器设计前面板 3 3 卷积编码器实验集设计 有分组码和卷积码之分 以用于检测和正确的数字传输中的错误 作为无记忆块代码 输出码字依赖输入消息只在那一刻 但卷积编码器的输出码字是依 赖以前一起在那一刻输入的输入位 n k m 卷积码 可实现连续电路与 m 内存 k 输入和 n 输出 对于卷积编码器实现的实验 通过使用 labview 软件 首先前面板可以调 整相关参数测试 编码器输出和状态图可以观察到 然后 块结构的创建 最后执行这些实 验 关于 2 1 2 卷积编码器 3 2 2 卷积编码器 3 1 2 卷积编码器 2 1 3 系统的卷 积编码器的反馈 学生执行这些不同结构的卷积编码器的实时实验 通过使用安捷伦 33220a 信号发生器获得 0 1 伏之间的随机值 曲目编码器的状态图是通过观察编码器的输入和输出 位寄存器得到的 例如 2 1 2 卷积实验设置属于 1 位输入 输出 2 位和 2 个移位寄存器组成一个卷积编 4 毕业设计 论文 报告纸 码器 图 3 可以看出 在实验设置前面板 每一位学生编码输入适用于 adc 输出的 8 位序列 他 她观察 2 位编码器的输出 输入位和 d1 d0 寄存器的实际情况而定 在 labview 中创 建的 是在块结构的编码器输出 获得发电机序列 由于编码超时 c0 c1 两位 编码器有 两个发电机序列 发电机序列 g 1 确定 c0 位和 g 2 c1 位 这些生成序列定义 mod2 的投入 例如的 g 1 发电机序列表明 u 输入位和 d1 d0 寄存器的内容作为 top1 的投 入应用 u 输入位的 d0 寄存器的内容 top2 投入应用 作为输出编码不仅取决于当时的输入 还取决于以前的投入 对于 d1 d0 的寄存器内容的变化是很重要的 由于有 2 个编码器的 寄存器 有 4 个不同的坐标为 00 01 10 11 至由 d1 d0 的录像机 在这种情况下 编码器 的 u 输入位 下面给定的状态图 作为适用于编码器输入 u 输入位是一个在不同分支的 2 个位 从实际寄存器的状态 到下列寄存器的状态过渡 学生跟踪一步一步观察 d1 d0 的 每个寄存器和其未来的过渡态上的编码输入的实际状态 在不同的实验设置上由不同结构的 卷积编码建立 学生执行每个编码器的实验 观察获得的编码器输出有关编码器的结构和寄 存器的状态转换 图 3 卷积编码器实验的前面板显示屏 5 毕业设计 论文 报告纸 6 3 4 涡轮编码器设计实验设置 涡轮码提供修正引起的误差同等值位 随着源通过嘈杂的传输通道发送比特 涡轮编码 器是由一个交织和两个系统卷积 rsc 编码构成 虽然这些编码器的第一个获得输入数据 不变 第二个获得后交织过程中产生的新的序列 它提供了 turbo 码是随机的 在涡轮编码 器实验设置 从学生中获得安捷伦 33220a 信号发生器 0 1 伏特之间的值通过模拟 数字转 换器转换成一个 8 位的序列获得价值 执行申请 adc 输出的 8 位序列上的编码器的涡轮编码 器实验 4 中涡轮编码器与 r 1 3 通过前面板观察 可以在图 4 看出 涡轮编码由 2 系统 rsc 的卷积编码器反馈和 1 块交织组成 每个位上的 turbo 编码器在应用中输入 3 位编 码输出编码器的输出获得 c0 c1 位获得第一 rsc 编码器和 c2 位在第二 rsc 编码器的输 出合二为一 g 1 第一位的 rsc 编码发生器序列决定于 c0 位和 g 2 c1 位 据 g 1 发电机序列 创建基于 labview 在块结构 c0 位 u 输入位是一样的 根据 g 2 发电机 序列 适用于 u 输入位和从 d1 d0 寄存器的反馈的 top1 集电极输入 top1 收集的数据 和内容的 d0 收集的数据输出位 top2 集热器的输入 并因此获得的 c1 位 u 输入位是适 用于首块交织 以获得 c2 位 8 位序列被放在一个 3x3 矩阵块交织 并读取列 例如这个 矩阵的元素交织输出为 10110011 序列块交织 将被读取按列和发送到输出 首先的第一列的 元素 然后第二列和最后的第三列元素的元素发送到输出 这意味着将输出序列 11100110 交织输出序列的第二 rsc 编码器输入 得到的 c2 位 发电机的顺序 确定 c2 位是 g 2 在第一次的 rsc 编码发生器序列完全相同 d1 d0 的 有 2 个寄存器的 rsc 在这个涡轮 编码器使用的编码 这些寄存器构成 4 为 00 01 10 和 11 不同代码 你输入点 用于编 码器输入 是一位有两个不同的分支的过渡状态的实际记录下来的 学生用每个编码器进行 实验 可以观察到编码器输出的编码结构和寄存器的状态转换过程 学生跟踪寄存器的状态 转换和状态图上的 3 位编码器输出 在这种情况下 适用于编码器输入 一步一步的通过 u 输入位而成立 毕业设计 论文 报告纸 7 图 4 涡轮编码实验的前面板显示屏 3 5 有关实验获得的 web 站点 准备实时实验台由学生通过互联网访问 学生可以连接到本地网络的计算机通过任何网 站进行试验 也可以选择在网站上的 实验 部分所需的编码模型进行试验 他 她可以执行 网站中的应用实验阶段的实验 也可以轻松地访问有关问题的理论信息 4 结论及建议 在这项工作中 差错控制编码技术的远程访问的实时实验室成立 在这个实验室中 有 块编码 卷积编码和 turbo 编码的实验台 实验组准备与 labview 图形化编程语言的国家仪 器公司 实验室虚拟仪器工程工作台 合作 按照理论结构的实时实验台准备 学生将其相 关实验误差控制在既定的远程访问实验室的编码技术 并加强自己的理论知识 通过实时实 验台和于计算机支持的模块化结构的结合 使学生通过实验台一对一的教育 并且推行学生 注意力的转化 这意味着 还可以利用类似的方法就其他错误控制编码技术 设计实时实验 组 除了这一点 实验室系统可通过电脑 usb 接口开发与控制设备 毕业设计 论文 报告纸 8 参考文献 1 cmug d mutapcic t error control coding remote accessible laboratory web based learning block coding convolutional coding turbo coding 1 introduction technical education faculties hold and important place both at meeting the needs for teachers at technical highschools in our country as well as the needs for qualified personnel of the industry at these faculties along with theoretical lessons also practical laboratory works are performed these laboratory works support the theoretical knowledge of the students and develop their 毕业设计 论文 报告纸 10 implementation abilities as the laboratory equipment means make it necessary that the students make some applications in groups alternative methods which provide support to the laboratory works are developed with the increase of the importance of remote education day by day remote accessible and controllable environments are needed thus students will be able to access the laboratory facilities without the restriction of location and time remote accessible laboratories are applications at which the students connect to laboratory equipment remote and perform experiments and get the results of such experiments as feedback information cmug 2006 the basic need in order to obtain reliable information on the end of the receiver in communication systems is to apply error controlled coding techniques for this purpose techniques like blockcoding convolutional coding turbo coding are used grant 1999 the real time applications of the error controlled coding techniques in this work are prepared by the labview software and a remote accessible laboratory is established so the students will strengthen their theoretical knowledge by real time applications they will make in the remote accessible laboratory without being restricted by the location and time in part 2 information regarding the equipment structure of the established remote accessible laboratory is given in part 3 information regarding the block coder convolutional coder and turbo coder experiment sets designed with the labview software is given it is explained how the students will access the experiments via the web site and the ways to be followed while making the experiments and in part 4 it is dealt about the obtained results and evaluations at the end of the work 2 hardware structure the hardware setup of real time tests regarding error control coding techniques is given in figure 1 the server computer in the system provides the control of the agilent 33220a signal generator and the nidaq 8 6 data acquisition card in the system via its usb ports the server provides transfer of the application into the intranet and internet environment via an ethernet card the agilent 33220a signal generator is used to generate the data signals to be applied to the inputs of the coders in the performed applications the signal generator generates random values via the block structure designed with the labview software these random values of the signal generator are transferred 毕业设计 论文 报告纸 into the computer environment via the nidaq 8 6 data acquisition card the signal generator and the data acquisition card used in the application are devices with usb interfaces they are connected via usb cables to the usb ports on the server the devices receive commands sending by the labview software and perform necessary processes figure 1 control of the signal generator the driver of the signal generator is installed on the server computer in order to provide the control of the agilent 33220a signal generator in the system and the communication with the server computer the port address which the signal generator is connected to is determined by creating a block structure in labview provided that it generates values between 0 1 volts 2 2 control of the data acquisition card 11 a nidaq 8 6 data acquisition card is used in order to transfer random values of the signal generator to the server computer the driver of the data acquisition card in the system is installed on the server computer in order to provide communication of the server computer with the data acquisition card the daq assistant among the functions is used in order to transfer the values read by the data acquisition card into labview environment the daq assistant added to the diagram panel of the labview block structure is reset after this process purposes ofthe data acquisition card are selected in the opened window as the 0 1 volt random values in the applications are supposed to be read by the data acquisition card after the analog input is selected for the data collection card it is adjusted relatively to the voltage in the new opened window it is 毕业设计 论文 报告纸 12 selected at which input of the data acquisition card values will be read later the limit ranges of the data from the data collection card and the number of digit are adjusted 3 labview software of the application in the real time applications of the error control coding techniques block coder convolutional coder and turbocoder experiments are prepared the real time control of the data source at the remote access of the student to the laboratory can be performed with the agilent 33220a signal generator the vis virtual instruments created with the labview software are published on the internet using the web publishing tool 3 1 generation of the data bits to be applied to the coder input the binary data applied to the inputs of each error controlled coders is obtained by conversion of random values among 0 1 volt generated by the signal generator into binary sequences for this purpose an analog digital converter adc block structure diagram is created by using the vis of the labview software the random values among 0 1 volt obtained from the data output of the daq assistant are measured by amplitude and levels vi an analog signal is generated in relation to the values determined by the square waveform vi this generated analog signal is applied to the input of the analog to digital waveform vi and converted to a digital signal the parameters of the analog to digital waveform vi are adjusted and the 8 bit or 4 bit output sequence in relation to the 0 1 volt input signals is created this parallel data sequence is serialized with an algorithm created in the formula node function so the data sequence to be applied to the coder input is obtained 3 2 block coder experiment set design block codes are generated by adding the n k parity bits to the k data bits and are indicated as n k due to bit errors during digital transmission on noisy channels and the easiness of the coding it is widely used particularly to detect error by adding 3 parity bits to the 4 bit data sequence applied to the coder input with hamming code modelled on the test set of which the front panel can be seen in figure 2 a coded output sequence of 7 bits is obtained from the coder output at the setup of the test set first the front panel at which the test related parameters can be adjusted the coder output and error detection process can be observed is established the student will be able to perform the 毕业设计 论文 报告纸 coder test in relation to the random values between 0 1 volts from the agilent 33220a signal generator at the front panel in real time a vectoral matrix process is performed for the generator matrix constituted by 4 rows and 7 columns created on the block structure established in labview and the 4 bit data sequence at the adc output the student observes 7 bit coded output sequence constituted by the 4 bit data sequence generated by multiplication and the 3 parity bits on the front panel the 7 bit coded output sequence obtained from the coder output is applied to the parity control matrix in order to provide the student to observe the error detection the null vector is obtained by applying a vectoral matrix process for the transpose of the paritycontrol matrix constituted by 3 rows and 7 columns in the block structure and the 7 bit coded output sequence the error detection process is performed in relation to the obtained null vector the student observes whether there are any errors at the 7 bit coded output sequence by comparing the columns of the parity control matrix and the null vector figure 2 convolutional coder experiment set design there are block codes and convolutional codes used in order to detect and correct errors in digital 13 毕业设计 论文 报告纸 14 transmission as the block codes are without memory the output code word is dependant to the input message at that moment only but the output codeword of the convolutional coder is dependant to the previous input bit along with the input at that moment one n k m convolutional code can be realized consecutive circuit with m memory k input and n output haykin 2000 for the convolutional coder experiments realized by using the labview software first the front panel at which the test related parameters can be adjusted the coder output and the state diagram can be observed later the block structures are created in order to perform these experiments regarding the 2 1 2 convolutional coder 3 2 2 convolutional coder 3 1 2 systematic convolutional coder 2 1 3 systematic convolutional coder with feedback the student performs real time experiments for these convolutional coders with different structures by using the random values between 0 1 volt obtained from the agilent 33220a signal generator tracks the state diagram of the coder registers by observing the input and output bits of the coder e g the 2 1 2 convolutional experiment set belongs to a convolutional coder constituted by a 1 bit input 2 bit output and 2 shift register the front panel of the experiment set can be seen in figure 3 the student applies each bit of the 8 bit sequence at the adc output in order to the coder input he she observes the 2 bit coder outputs depending on the input bit and the actual condition of the d1 d0 registers the coder outputs in the block structure created in labview are obtained in relation to generator sequences as the coder outs 0 1 are two bits the coder has two generator sequences of the generator sequences g 1 determines the 0 bit and g 2 the 1 bit these generator sequences define the inputs of the mod2 collectors e g the g 1 generator sequence indicates that the u input bit and the content of the d1 d0 registers are applied as inputs to the top1 collector and the g 2 indicates that the u input bit and the content of the d0 register are applied as inputs to the top2 collector as the outputs of the coder are not only dependant to the input at that time but also to the previous inputs the changes in the content of the d1 d0 registers are important due to that there are 2 registers in this coder there are 4 different constellations as 00 01 10 11 to be achieved by the d1 d0 recorders in relation to this situations and the u input bit of the coder the below given state diagram is created as the u input bit applied to the coder input is 毕业设计 论文 报告纸 one bit there are 2 different branches at the transition from the actual register states to the following register states the student tracks step by step the actual states of the d1 d0 registers and their next transition states for each on the coder input applied bit there are different experiment sets established for the above mentioned different structured convolutional coders the students perform experiments for each coder and can observe the coder outputs obtained in relation to the coder structures and the register states transitions figure 3 the front panel display of experiment set for the 2 1 2 convolutional coder 3 4 turbo coder experiment set design turbo codes provide the correction of errors due to parity bits which are sending along with source bits and noisy transmission channels the turbo coder is constituted by an interleaver and by two systematic convolutional rsc coders which in general of the same structure whilst the first of these coders obtains the input data unchanged the second obtains the new sequence generated after the interleaver process which provides that the turbo codes seem to be random osman 2006 at the turbo coder experiment set the student obtains from the agilent 33220a signal generator a 15 毕业设计 论文 报告纸 16 value between 0 1 volts converts this obtained value to an 8 bit sequence at the analog digital converter performs the turbo coder experiments by applying the 8 bit sequence of the adc output on the coder the 4 states turbo coder with r 1 3 of which the front panel can be seen in figure 4 consists of 2 systematic rsc convolutional coders with feedback and 1 block interleaver for each bit applied on the input of the turbo coder 3 bit coded outputs are obtained at the coder output the 0 1 bits are obtained at the output of the 1st rsc coder and the 2 bit at the output of the 2nd r