实验十五汉明编码和译码实验报告

1、通信原理实验电子信息工程学院学生：学号：word 资料第1页通信原理实验实验十五 汉明编码和译码实验实验前的准备(1) 预习本实验的相关内容。(2) 熟悉实验指导书附录 B 和附录 C中实验箱面板分布及测试孔位置 相关模块的跳线状态。(3) 实验前重点熟悉的内容： 汉明码的编码规则、 汉明码的纠错能力(4) 思考题。1) 什么是汉明码？它能纠几位错码？它有什么特点？汉明码是一种能够纠正一位错码且编码效率较高的线性分组码。它可以纠正一位错码。2) 本实验中汉明编码器的输入数据速率为 32kbps, 输出数据速 率为多少？为汉明编码器的输入信号选择 m序列信号时，跳 线开关 SWCO、1KCO1如

2、何汉明编码器的输入信号选择来自 ADPCM模块的 ADPCM信号时，跳线开关如何设置？ 汉明编码器的输入数据速率为 32kbps，输出数据率为 56kbps。m序列 时，选择 ADPCM码字由工作方式选择开关 SWCO中1 的 ADPCM状态决定，通信原理实验第 2页当处于 ADPCM状态时(插入跳线器)二、实验目的(1) 掌握汉明码编译码原理。(2) 掌握汉明码纠错检错原理。(3) 通过纠错编解码实验，加深对纠错编解码理论的理解。三、实验仪器(1) ZH5001A通信原理综合实验系统(2) 20MHz双踪示波器四、基本原理差错控制编码的基本原理是：由发送端的信道编码器在信息码元序列中增加一些

3、监督码元。这冗余的码元与信息之间以某种确定的规则建立校验关系，使接收端可以利用这种关系由信道译码器来发现或纠正可能存在的错码。不同的编码方法有不同的检错或纠错能力。为了纠正位错码，在分组码中最少要加入多少监督位才可行呢？编码效率能否提高呢？从这种思想出发进行研究，便导致了汉明码的诞生。汉明码是一种能够纠正一位错码且编码效率较高的线性分组码。下面介绍汉明码的编码原理。第3页通信原理实验般来说，若码长为 n ，信息位数为 k ，记作 （n,k） 码，则监督位数r n k ，如果希望用 r个监督位构造出 r 个监督关系式来指示一位 错码的 n 种可能位置，则要求2r 1 n或2r k r 1通信原理

4、综合实验系统中的纠错码系统采用（ 7，4）汉明码。用 a6a5a0 表示这 7个码元，用S1、S2、S3表小 3个监督关系式中的校正子，则 S1S2S3 的值与码元间构成偶数监督关系：S1a6a5a4a2S2a4a4a3a1S3a6a5a3a0在发送端编码时，信息位a6、a5、a4 和a3的值决定于输入信号，因此它们是随机的。 监督位 a2、a1和 a0 应根据信息位的取值按监督关系来 确定，即监督位应使以上 =式中 S1、 S2、S3的值为零（表示变成的码组 中应无错码），即a6a5a4a20a5a4a3a10a6a5a3a00上式经移项运算，解出监督位a2a6a5a4a1a5a4a3a0a

5、6a5a3给定信息位后，可直接按上式算出监督位，其结果如下表第4页通信原理实验信息位监督位信息位监督位a6a5a4a3a2a1a0a6a5a4a3a2a1a00000000100010100010111001110001011010100110011101101100001001111100010010110011010010110001111010001110101111111接收端收到每个码组后，先按式（ 12-2 ）式（ 12-4 ）计算出S1、S2、S3 ，再按上表判断错码情况。例如，若接收码组为 0000011， 按式（ 12-2）式（ 12-4 ）计算可得 S1=0、 S2=1、

6、S3 1。由于 S1S2S3等 于011，故可知在 a3位有一错码。按上述方法构造的码称为汉明码。 （7， 4）汉明码的最小码距 d=3，因此，这种码能纠正一个错码或检测两个 错码。汉明码有以下特点：通信原理实验第 5页码长n 2m 1 最小码距 d=3信息码位k 2n m 1 纠错能力 t=1监督码位 r n k m这里， m为 2 的正整数，给定 m后，即可构造出具体的汉明码n,k ）。汉明码的编码器和译码器电路如图所示。汉明编码模块实验电路工作原理描述如下。1. 输入数据汉明编码输入数据可以来自 ADPCM模1 块的 ADPCM码字，或来自同 步数据端口数据、异步端口数据、 CVSD编码

7、数据、 m序列。选择 ADPCM 码字由工作方式选择开关 SWCO中1 的 ADPCM状态决定，当处于 ADPCM 状态时（插入跳线器），汉明编码器对 ADPCM信号编码否则处于非 ADPCM 状态时（拔除跳线器） ，输入编码数据来自开关 KCO1所设置的位置， 分别为同步数据端口数据、异步端口数据、 CVSD编码、 m序列。第6页通信原理实验2. m 序列发生器m序列用于测试汉明编码规则， 输出数据信号与开关 SWCO位1 置如表。3. 编码使能开关 此开关应与接收端汉明译码器使能开关同步使用，该开关处于使 能状态（ H-EN短路器插入），汉明码编码器工作；否则汉明码编码器不 工作。需要注意

8、：汉明码编码器不工作时， ADPCM和 CVSD话音数据无 法通过调制解调信道通话，这是因为编码速率与信道速率不匹配。4. 错码产生 错码产生专门设计用于测量汉明译码器的纠错和检错性能。输出 错码与开关 SWCO位1 置如下表所示。通信原理实验第 7页错码可以用示波器从错码指示端口 TPC03监测。 汉明编码模块各测试点定义如下。（1）TPCO1：输入数据。（2）TPC02：输入时钟。（ 3） TPC03：错码指示（无加错时，该点为低电平） 。（ 4） TPC04：编码模块输出时钟（ 56kHz/BPSK/DBPSK。）（ 5） TPC05：编码模块输出数据（ 56kbtps/BPSK/DBP

9、SK）。 汉明编码模块电路功能组成框图见图 12-2 。第8页通信原理实验汉明译码模块实验电路工作原理描述如下1. 输入信号选择开关开关 KWO、1 KW02用于选择输入信号和时钟是来自解调器信道或直 接来自汉明编码模块。当 KWO、1 KW02设置在 1-2 位置（ CH：左端）， 则输入信号来自信道开关 KWO、1 KW02设置在 2_3位置（ LOOP：右端） 则输入信号来自汉明编码模块。2汉明译码器主要由串/并变换器、校正子生成器、 3/8 译码器和纠错电路构成。 该电路专门由一个 CPLD（EPM7128）实现。3汉明译码使能开关SW03中 H-EN与发端编码使能开关同步使用第9页通

10、信原理实验汉明译码模块各测试点定义如下。TPWO；1 输入时钟（ 56kHz）。TPW0：2 输入数据（ 56kbps） 。TPW0：3 检测错码指示。TPW0：4 输出时钟。TPW0：5 CVSD数据输出。TPW0：6 同步数据输出。TPW0：7 m序列输出。TPW0：8 异步数据输出。汉明译码模块电路功能组成框图见图 12-3五、实验内容通信原理实验第10页一）准备工作（ 1）首先通过菜单将调制方式设置为 BPSK或 DBPSK方式；将汉明编 码模块内工作方式选择开关 SWCO中1 ：编码使能开关插入（ HEN），ADPCM 数据断开 （ADPCM；） 加错开关 EMOD、OEMOD1均拔

11、出接入； 将输入数据选择 开关 KCO1设置在 m序列（ DTM位） 置，设置 m序列方式为 00（MSEL2和 MSEL1 拔下），此时 m序列输出为 1/0 码。（2）将汉明译码模块内输入信号和时钟选择开关 KWO、1 KW02设置在 LOOP位置（右端），输入信号直接来自汉明编码模块 （不通过调制、 信道、解调）；将译码器使能开关 KW03设置在工作位置 ON（左端）（二）编码规则验证（1） 用示波器同时观测编码输入信号 TPCO1波形和编码输出波形 TPC05，观测时以 TPCO1同步，观测是否符合汉明编码规则 （参见表 12-1） 注意此时输入、输出数据速率不同，输入数据速率为32k

12、bps，输出数据10通信原理实验第11页速率为 56kbps。上方为 TPC01波形，下方为 TPC05波形：可见上方数据为： 1100TPC05编码波形数据为： 1100010 对比上面编码表，可以看出，是正确的。（2）设置 m序列方式为 10（MSEL2插入、 MSEL1拔下），此时 m序列输出为 1l/00 码（参见表 12-1 ）。用示波器同时观测编码输入信号 TPCO1波形和编码输出波形 TPC05，观测时以 TPCO1同步，观测是否符合汉明编码规则。上方为 TPC01波形，下方为 TPC05波形：11第12页通信原理实验可见上方数据为： 1100TPC05编码波形数据为： 1100

13、010对比上面编码表，可以看出，是正确的。三）译码数据输出量（1）设置 m序列方式为 11（MSEL，2 MSEL1均插入用示波器同时观测汉明编码模块的编码输入信号 TPCO1波形和汉明译码模块译码输出 m序列波形 TPW0，7 观测时以 TPCO1同步。测量译码输出数据与发端信号是否保持一致。注意：输出波形与输入波形之间有时延。记录输出波形和输入波上方为 TPC01波形，下方为 TPW07波形：12第13页通信原理实验可见上方数据为： 1101011110001001101TPW07解码输出波形数据为： 1111000100110101111 可以看出，两者之间存在 6 个码元的延迟。（四）

14、译码同步过程观测将汉明编码模块工作方式选择开关 SWCO的1 编码使能开关插入 （H_EN）；ADPCM数据有效 （ADPCM将） 汉明译码模块的输入信号和时钟选择 开关 KWO、1 KW02设置在 23 位置（右端），输入信号直接来自汉明编码模 块。TPW0。3 将（ 1）用示波器检测汉明译码模块内错码检测指示输出波形13第14页通信原理实验汉明编码模块内工作方式选择开关 SWCO的1 编码使能开关断开 （ H_EN，使 汉明译码模块失步，观测 TPW03变化；将编码使能开关插入（ H_EN），观 测汉明译码的同步过程，记录测量结果。可以看到， 失步后 TPW03输出指示一连串的错误。 当重

15、新插上 H_EN 后， TPW03输出为零，指示没有错误。（五）发端加错信号和汉明译码检错能力观测 用示波器同时测量汉明编码模块内加错指示 TPC03和汉明译码模块内 错码检测指示输出波形 TPW03的波形，观测时以 TPC03同步。（ 1）将汉明编码模块工作方式选择开关 SWCO的1 加错开关 E_MOD、0E MOD均1 拔出，此时无错码，记录结果。上方为 TPC03波形，下方为 TPW03波形：14第15页通信原理实验（2）将汉明编码模块工作方式选择开关 SWCO的1 加错开关 E_MOD接0入、产生 1 位错码，定性观测明译码能否检测出错码，记录结果。上方为 TPC03波形，下方为 T

16、PW03波形：15第16页通信原理实验（3）将汉明编码模块工作方式选择开关 SWCO的1 加错开关 E_MOD，1 产生 2 位错码，定性观测明译码能否检测出错码，记录结果。上方为 TPC03波形，下方为 TPW03波形：16第17页通信原理实验可见两位错码时发端和收端都有错误提示输出。但电平宽度不变4）将汉明编码模块工作方式选择开关 SWCO的1 加错开关 E_MOD、0E_MOD都1 插入产生更多错码，定性观测明译码能否检测出错码和失步， 记录结果上方为 TPC03波形，下方为 TPW03波形：可见两位错码时发端和收端都有错误提示输出。 但电平宽度不变。 但是 这时的错误提示实际上是错误的

17、。（六）汉明译码纠错性能量汉明编码的输入信号设置 m序列方式为 11（ MSEL，2 MSEL1均插入）； 用示波器同时观测汉明编码模块的输入信号 TPCO1波形和汉明译码模块 译码输出 m序列波形 TPW0，7 观测时以 TPCO1同步。17第18页通信原理实验1）将汉明编码模块工作方式选择开关 SWCO的1 加错开关 E_MOD、OE_MOD均1 拔出，此时无错码，记录结果上方为 TPC01波形，下方为 TPW07波形：可见没有错码时收端可以正常工作，解码正常（2）将汉明编码模块工作方式选择开关 SWCO的1 加错开关 E_MOD接O 入，产生 1位错码，定性观测汉明编译码系统能否纠 1 位错码，记录结果。 上方为 TPC01波形，下方为 TPW07波形：18第19页通信原理实验可见一位错码时收端可以将错码纠正，输出任然正常3）将汉明编码模块工作方式选择开关 SWCO的1加错开关 E MOD1接入，产生 2位错码，定性观测汉明编译码系统能否纠 2 位错码，记录结果上方为 TPC01波形，下方为 TPW07波形：可见两位错码时收端有部分情况可以正常解码，但是会