通信原理实验-汉明码编译

北京交通大学毕业设计（论文）开题报告学生：学号：指导教师：日期：上课时间：星期一第三大节通信原理实验电子信息工程学院通信原理实验第页1实验十五汉明编码和译码实验一、实验前的准备（1）预习帧成形及其传输电路的构成；预习自定义帧结构的帧同步系统电路的构成。（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，定义本实验相关模块的跳线状态。（3）实验前重点掌握的内容：汉明码的编码规则、汉明码的纠错能力。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一台（2）20MHz双踪示波器一台四、基本原理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ADPCM1模块的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：m序列用于测试汉明编码规则，输出信号与开关KWC01位置表3.4.2所示：通信原理实验第页2表3.4.2跳线器KWC01与产生输出数据信号选项KWC01设置状态M_SEL2□□□□□□□□M_SEL1□□□□□□□□m序列0/1码00/11码011011115位码长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。需注意：汉明码编码器不工作时，ADPCM和CVSD话音数据无法通话，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KWC01位置参见表3.4.3所示：表3.4.3跳线器KWC01与插入错码信号选项KWC01设置状态E_MOD0□□□□□□□□E_MOD1□□□□□□□□错码序列无错码错1位错2位错更多错码可以用示波器从错码指示端口监测。汉明编码模块各测试点定义：1、TPC01：输入数据2、TPC02：输入时钟3、TPC03：编码模块输出数据（56Kbtps/BPSK/DBPSK）4、TPC04：编码模块输出时钟（56KHz/BPSK/DBPSK）5、TPC05：错码指示（无加错时，该点为低电平。）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KW01、KW01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、KW01设置在1_2位置（CH：左端），则输入信号来自信道；开关KW01、KW01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。通信原理实验第页33、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。汉明译码模块各测试点定义：1、TPC01：输入时钟（56KHzBPSK/DBPSK）2、TPC02：输入数据（56KbtpsBPSK/DBPSK）3、TPC03：检测错码指示4、TPC04：输出时钟5、TPC05：CVSD数据输出6、TPC06：同步数据输出7、TPC07：m序列输出8、TPC08：异步数据输出通信原理实验第页4TPC02汉明编码器系统定时M序列发生器●错码产生输出数据ADPCM同步数据异步数据CVSD码m序列开关开关M_SEL2SWC01E_MOD1E_MOD2M_SEL1SWC01图3.4.4汉明编码模块电路功能组成框图UC01数据开关数据开关输出时钟开关开关SWC01ADPCMH_ENKC01TPC01输出时钟错码检测TPC04TPC03TPC05●●●●●SWC01通信原理实验第页5TPW01汉明译码器系统定时●图3.4.5汉明译码模块电路功能组成框图UW01数据开关输出时钟开关KW03H_ENKW02TPW02输出时钟错码指示TPW04TPW03●●●开关开关KW01分路器ADPCM时序ADPCMTPW05CVSDTPW06同步数据TPW07m序列TPW08异步数据信道信道终端终端数据●●CHLOOPCHLOOP●ONOFF通信原理实验第页6········KC01DT_SYSDT_MASCVSD五、实验内容准备工作：（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SWC01中，编码使能开关插入（H_EN），ADPCM数据断开（ADPCM）；将输入数据选择开关KC01设置在m序列（DT_M）位置；设置m序列方式为（00：M_SEL2和M_SEL1拔下），此时m序列输出为1/0码。（2）将汉明译码模块内输入信号和时钟选择开关KW01、KW02设置在LOOP位置（右端），输入信号直接来自汉明编码模块；将译码器使能开关KW03设置在工作位置0N（左端）。1.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（参见表3.4.1所示）。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。················E_MOD0E_MOD1H_ENADPCMM_SEL2M_SEL1SWC01通信原理实验第页7输入序列为0101，输出序列为0101100，查表知符合汉明码编码规则（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（参见表3.4.2所示）。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。输入序列为1100，输出序列为1100010，查表知符合汉明码编码规则2.译码数据输出测量（1）用示波器同时观测汉明编码模块的编码输入信号TPC01波形和汉明译码模块译码输出m序列波形TPW07，观测时以TPC01同步。测量译码输出数据与发端信号是否保持一致。通信原理实验第页8观测到译码输出数据与发端信号一致，但稍有延时3.译码同步过程观测将汉明编码模块工作方式选择开关SWC01的编码使能开关插入（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KW01、KW02设置在2_3位置（右端），输入信号直接来自汉明编码模块。（1）用示波器检测汉明译码模块内错码检测指示输出波形TPW03。将汉明编码模块内工作方式选择开关SWC01的编码使能开关断开（H_EN），使汉明译码模块失步，观测TPC03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。失步后编译出错并能检测出，重新插入编码使能开关后无错。4.发端加错信号观测将汉明编码模块工作方式选择开关SWC01的编码使能开关插入（H_EN）；ADPCM数据有效（ADPCM）。将汉明译码模块内输入信号和时钟选择开关KW01、通信原理实验第页9KW02设置在LOOP位置（右端），输入信号直接来自汉明编码模块；将译码器使能开关KW03设置在工作位置0N（左端）。（1）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。此时无错码。波形恒为高电平说明此时无错码（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，定性观测明译码能否检测出错码，记录结果。产生一位错码能检测出（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，定性观测明译码能否检测出错码，记录结果。通信原理实验第页10产生两位错码也能检测出（4）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都插入，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。此时波形模糊，检测不出错码5.收端错码检测能力观测和错码纠错性能测量首先通过菜单将调制方式设置为BPSK（或DBPSK）方式；将汉明编码模块工作方式选择开关SWC01的编码使能开关插入（H_EN），ADPCM数据断开（ADPCM）；将输入数据选择开关KC01设置在同步数据输入DT-SYS(左端)。将汉明译码模块内输入信号和时钟选择开关KW01、KW02设置在LOOP位置（右端）；将译码器使能开关KW03设置在工作位置0N（左端）。将误码仪RS422端口通过转换电缆与实验箱同步模块的JH02插座连接（注意插入方向：JH02插座面对实验箱左下脚为1脚；插头上有小三角符号为1脚。误码仪必须断电后连接！）。通信原理实验第页11（1）加电后将误码仪模式设置“连续”，接口时钟选择设置“外时钟”，接口类型选择“RS422”方式。按“测试”键进入测试，测量误码率。无错码时编译正确（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，测量误码率，看汉明编译码系统能否纠1位错码，记录结果。一位错码可以纠正（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，测量误码率，看汉明编译码系统能否纠2位错码，记录结果。通信原理实验第页12两位错码时波形模糊，无法纠正（4）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都插入，产生更多错码，测量误码率，记录结果。更多错码时无法纠正六、实验结论汉明码最多能检测2位错码，最多能纠正1位错码七、思考题1.汉明译码模块内输入信号和时钟的来源有哪两种选择？如何选择？答：直接来自汉明编码模块或者来自调制解调模块。通过汉明编码模块内的KW01、KW02选择。2.汉明编码器模块的使能开关，译码器模块的使能模块（H_EN断路器）起什么作用？答：没有插入H_EN时，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。3.根据实验数据分析汉明码的纠错性能答：由实验数据可知汉明码可以检查出两位错位，同时纠正一位错码。