汉明编码和译码实验

1、通信原理实验通信原理实验汉明编码和译码实验汉明编码和译码实验学生： XX 学号： 122110XX 指导教师： 王 琴 同组成员： 00 日期： 2014 年 12 月 上课时间：星期 三 第 四 大节 14:0016:00 目录目录一、实验目的.1二、实验仪器.1三、实验原理.11、汉明码的编码规则和纠错能力.1四、汉明编译码实验电路的构成.3汉明编码模块实验电路工作原理描述如下：.41、输入数据.42、m 序列发生器.43、编码使能开关.44、错码产生.4汉明译码模块实验电路工作原理描述如下：.51、输入信号选择开关.52、汉明译码器.53、汉明译码使能开关.5五、实验内容.6（一）准备工

2、作.6（二）编码规则验证.6（三）译码数据输出测试.8（五）发端加错信号和汉明译码检错能力观测.10（六）汉明译码纠错性能测量.12六、思考题.141、汉明编码器模块的使能开关、译码器模块的使能开关（H_EN 断路器）起什么作用？.142、根据实验数据分析汉明码的纠错功能。.143、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？为什么？.14参考文献.141姓名：姓名：XXXX 学号：学号：122110XX122110XX 班级：班级：通信通信 120X120X第第十五十五周周 星期星期三三 第第四四大节大节 实验名称：实验名称：汉明编码和译码实验汉明编码和译码实验一、

3、实验目的一、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。二、实验仪器二、实验仪器1、ZH5001A 通信原理综合实验系统 一台2、20MHz 双踪示波器 一台三、实验三、实验原理原理1、汉明码的编码规则和纠错能力汉明码的编码规则和纠错能力一般来说，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2 1 或2 + + 1通信原理综合实验系统中的纠错码系统采用（7,4）汉明码。用表示这 7 个码元，650用表示 3 个监

4、督关系式中的校正子，则的值与码元间构成偶数监督关1、2、3123系：1= 65422= 65313= 6430在发送端编码时，信息位的值决定于输入信号，因此它们是随机的。监6、5、4和3督位应根据信息位的取值按监督关系来确定，即监督位应使以上三式中2、1和0的值为零（表示变成的码组中应无错码） ，即1、2和36542= 06531= 06430= 0?由上式经移项运算，解出监督位得分22= 6541= 6530= 643?给定信息后，课直接按上式算出监督位，其结果如下表。表格 1 监督位和信息位的对应关系信息位监督位信息位监督位654321065432100000000100010100010

5、111001110001011010100110011101101100001001111100010010110011010010110001111010001110101111111接收端收到每个码组后，先计算出，再按表格 1 判断错码情况。例如，若接受1、2和3码为 0000011，则计算可得=0，=1，=1。由于等于 011，故可知在位有一1231233错码。按上式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。汉明码有一下特点：码长 最小码距 d=3 = 2 1信息码位 纠错能力 t=1 = 2 1监督码位 r=n-k=m这里，

6、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 1 所示。图 1 汉明码的编译码器四、汉明编译码实验电路的构成四、汉明编译码实验电路的构成汉明编译码模块实验电路功能组成框图如下图 2，图 3 所示3图 3汉明编码模块实验电路工作原理描述如下：汉明编码模块实验电路工作原理描述如下：1、输入数据、输入数据汉明编码输入数据可以来自 ADPCM1 模块的 ADPCM 码字，或来自同步数据端口数据、异步端口数据、m 序列。选择 ADPCM 码字由工作方式选择开关 SWC01 中的 ADPCM 状态决定，当处于 ADPCM 状态时（插入跳线器） ，汉明

7、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 KC01 所设置的位置，分别为同步数据端口数据、异步端口数据、CVSD 编码数据、m 序列。2、m 序列发生器序列发生器M 序列用于测试汉明编码规则，输入数据信号与开关 SWC01 位置表如下表所示。4我们只测试前两个开关状态。3、编码使能开关、编码使能开关此开关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：汉明码编码器不工作时，ADPCM 和 CVSD 语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

8、道速率不匹配。4、错码产生、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 SWC01 位置如下表所示。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）TPC01：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/BPSA/DPSK） 。（5）TPC05：编码模块输出数据（56Kbtps/BPSA/DPSK） 。汉明编码模块电路功能组成框图如下图。5汉明译码模块实验电路工作原理描述如下：汉明译码模块实验电路工作原理描述如下：1、输入信号选

9、择开关、输入信号选择开关开关 KW01、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 KW01、KW02 设置在 1_2 位置（CH：左端） ，则输入信号来自信道；开关 KW01、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、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。该电路专门一个CPLD（EPM7128）实现。3、汉明译码使能开关、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。汉明译码模块个测试点定义如下。（1）TPW01：输入时钟（56KHZ）（2）TPW02

10、：输入数据（56kbps） 。（3）TPW03：检测错码指示。（4）TPW04：输出时钟。（5）TPW05：CVSD 数据输出。（6）TPW06：同步数据输出。（7）TPW07：m 序列输出。（8）TPW08：异步数据输出。汉明译码模块电路功能组成框图如下图所示。6五、实验内容五、实验内容（一）准备工作（一）准备工作（1）首先通过菜单将调制方式设置成 BPSK 或 DBPSK 方式；将汉明编码模块内工作方式选择开关 SWC01 中：编码使能开关插入（H_EN） ，ADPCM 数据断开（ADPCM） ；加错开关E_MOD0、E_MOD1 均拔出；将输入数据选择开关 KC01 设置在 m 序列（D

11、T_M）位置；设置 m 序列方式为 00（M_SEL2 和 M_SEL1 拔下） ，此时 m 序列输出 0/1 码。（2）将汉明码模块内输入序号的时钟选择开关 KW01、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（二）编码规则验证（1）用示波器同时观测编码输入信号 TPC01 波形和编码输出波形 TPC05，观测时以 TPC01同步，观测是否符合汉明编码规则，注意此时输入、输出数据速率不同，输入数据速率为32kbps，输出数据速率为 56kbps。7以四分之

12、一周期为单位，输入序列 0011，输出序列 0001011，时延 4us。符合汉明编码规则。（2）设置 m 序列方式为 10（M_SEL2 插入、M_SEL1 拔下） ，此时 m 序列输出为 11/00 码。用示波器同时观测编码输入信号 TPC01 波形和编码输出波形 TPC05，观测时以 TPC01 同步，观测是否符合汉明编码规则。当输入每个码元时长为（1）中一倍时，输出不变。时延增大为 14us。符合汉明编码规则。（3）设置其它 m 序列方式，重复上述测试步骤。记录输入为 0/1 码、00/11 码等 m 序列码的汉明编码输出及波形。0/1 码TPC01TPC05800/11 码：其结果与

13、（1） 、 （2）相似。（三）译码数据输出测试（三）译码数据输出测试设置 m 序列方式为 11（M_SEL2、M_SEL1 均插入） ；用示波器同时观测汉明编码模块的编码输入信号 TPC01 波形和汉明编码模块译码输出 m 序列波形 TPW07，观测试以 TPC01 同步。测量译码输出数据与发端信号是否一致。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形。当 M_SEL2 和 M_SEL1 都插入时，其图形如下：9当 M_SEL2 插入，M_SEL1 拔下时，其图形如下：当 M_SEL2 和 M_SEL1 都拔下时，其图形如下：TPC01TPW0710由以上三个图形可以看出，译码正

14、确，时延约为 50us。（五）发端加错信号和汉明译码检错能力观测（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 SWC01 的加错开关 E_MOD0、E_MOD1 均拔出，此时无错码，记录结果。当把图形放的特别大时，其图形如下：TPC03TPW0311由第一个图可见，不加错时都没有显示。由第二个图可知，不加错码放大后是一个周期性的连续信号。（2）将汉明编码模块工作方式选择开关 SWC01 的加错开关 E_MOD0 接入，产生 1

15、 位错码，定性观测汉明译码能否检测出错码，记录结果。由图形可知，当加一位错码时，汉明译码检测出了错误。（3）将汉明编码模块工作方式选择开关 SWC01 的加错开关 E_MOD1 接入，产生 2 位错码，定性观测汉明译码能否检测出错码，记录结果。12由图可见，当加入两位错码时，汉明译码也可以检测出来。（六）汉明译码纠错性能测量（六）汉明译码纠错性能测量汉明编码的输入信号设置 m 序列方式为 11（M_SEL2、M_SEL1 均插入） ；用示波器同时观测汉明编码模块的输入信号 TPC01 波形和汉明译码模块译码输出 m 序列波形 TPW07，观测时以 TPC01 同步。（1）将汉明编码模块工作方式

16、选择开关 SWC01 的加错开关 E_MOD0、E_MOD1 均拔出，此时无错码，记录结果。由图可见，不加错时译码正常。编码与译码能够一一对应。（2）将汉明编码模块工作方式选择开关 SWC01 的加错开关 E_MOD0 接入，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。13由图形可知，当加入一位错码时，译码也正常。（3）将汉明编码模块工作方式选择开关 SWC01 的加错开关 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。14由图形可知，当加入两位错码时，就不能正确译码。六、思考题六、思考题1、汉明编码器模块的使能开关、译码器模块的使能开关（、汉明编码器模块的使能开关、译码器模块的使能开关（H_EN 断路器）起什断路器）起什么作用？么作用？ 从电路图中可以看出，没有插入 H_EN 时，汉明编码器被短路，输出数据没有经过汉明编码。插入 H_EN 时，输出数据经过汉明编码。2、根据实验数据分析汉明码的纠错