實(shí)驗(yàn)5糾錯(cuò)編碼及其應(yīng)用

1、.實(shí)驗(yàn)5 綜合設(shè)計(jì)一：糾錯(cuò)編碼及其應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解糾錯(cuò)編碼的一般原理。2掌握線性分組碼的編碼和譯碼算法。3訓(xùn)練在實(shí)際通信系統(tǒng)中設(shè)計(jì)應(yīng)用糾錯(cuò)編碼方案的能力二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在選定的數(shù)字基帶通信系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)應(yīng)用分組線性糾錯(cuò)編碼，提高系統(tǒng)的可靠性。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1直流穩(wěn)壓電源2示波器3單片計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)電路裝置（注：允許使用實(shí)驗(yàn)室提供的單片機(jī)板之外的智能控制部件，比如FPGA開發(fā)裝置或自制電路，其它單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)裝置或自制電路。實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)其它要求不變。）四、實(shí)驗(yàn)原理在信息碼元序列中加入監(jiān)督碼元的技術(shù)，稱為差錯(cuò)控制編碼，也稱糾錯(cuò)編碼。不同的編碼方法，有不同的檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力，有的編碼只能檢錯(cuò)，不能糾

2、錯(cuò)。一般說(shuō)來(lái)，付出的“代價(jià)”越大，檢（糾）錯(cuò)的能力就越強(qiáng)。這里所說(shuō)的代價(jià)，就是指增加的監(jiān)督碼元多少，它通?？捎枚嘤喽葋?lái)衡量。分組碼是比較簡(jiǎn)單的一類糾錯(cuò)編碼技術(shù)。在編碼中，將信息碼分組，為每組信碼附加若干監(jiān)督碼元。監(jiān)督碼元僅監(jiān)督本碼組中的信息碼元。分組碼可以看作是多維矢量，由固定長(zhǎng)度的碼字表示。一般的，長(zhǎng)度n的二進(jìn)制分組碼有2n種可能的碼字。從中可以選擇M=2k個(gè)有效碼字(k<n)組成一種碼。這樣，一個(gè)k比特信息的分組可以映射到長(zhǎng)度為n的一個(gè)有效碼字，這樣得到的分組碼稱為(n,k)碼。假設(shè)Ci，Cj是某(n,k) 二進(jìn)制分組碼的任意兩個(gè)有效碼字，如果Ci+Cj也是有效碼字，則稱該碼是線性的

3、。二進(jìn)制漢明碼是典型而常用的線性分組碼，其具有共同的特性是其中m=3時(shí)，有（7，4）漢明碼?？梢钥紤]采用（5-1）式所列生成矩陣，及（5-2）式所列其對(duì)應(yīng)的一致校驗(yàn)矩陣，來(lái)進(jìn)行(7，4)漢明碼的編碼和譯碼。 （5-1） （5-2）四、設(shè)計(jì)要求要求設(shè)計(jì)的目標(biāo)系統(tǒng)如圖1所示：1在發(fā)送端利用單片機(jī)編程，產(chǎn)生n級(jí)(n建議取4) m序列，作為漢明碼編碼器的輸入；2同樣，在發(fā)送端單片機(jī)中，編程實(shí)現(xiàn)對(duì)m序列的糾錯(cuò)編碼；3接收端利用單片機(jī)，編程實(shí)現(xiàn)漢明碼譯碼，并還原輸出m序列；4為適當(dāng)降低實(shí)驗(yàn)難度，接收端的位同步時(shí)鐘允許由發(fā)送端位時(shí)鐘直接引入，代替本應(yīng)由接收機(jī)位同步提取電路完成的工作。5傳輸碼元速率：（推薦低

4、碼速以方便觀測(cè)）100Baud 。6接收端輸出使用示波器觀測(cè)。圖1 目標(biāo)系統(tǒng)五、設(shè)計(jì)難點(diǎn)提示1分組同步問題連續(xù)7個(gè)碼元為一個(gè)分組。在接收到的碼流中，接收端必須判定各分組的起止位。如果判定失誤，則無(wú)法正確進(jìn)行譯碼。顯然，按7個(gè)一組劃分，存在7種可能性。假定信道傳輸誤碼概率很低，則正確分組時(shí)，譯碼結(jié)果顯示的誤碼應(yīng)最少。所以，可以對(duì)7種可能情況同時(shí)進(jìn)行“譯碼嘗試”，取誤碼最少的情況，認(rèn)定為分組正確?？紤]到在系統(tǒng)持續(xù)通信過程中，整個(gè)系統(tǒng)或其局部可能會(huì)發(fā)生故障，而后又恢復(fù)正常，所以“譯碼嘗試”機(jī)制應(yīng)有條件地被自動(dòng)啟動(dòng)。建議設(shè)定一個(gè)誤碼率統(tǒng)計(jì)閾值，當(dāng)動(dòng)態(tài)誤碼率高于該值時(shí)，啟動(dòng)“譯碼嘗試”機(jī)制，重新搜索分組

5、同步。2分組起止位的誤判在本例中，發(fā)送端把M序列發(fā)生器用作模擬信源。在接收端若采用以上1中描述的工作機(jī)制，則傳輸所使用的偽隨機(jī)序列的周期不能太短，否則可能導(dǎo)致接收端對(duì)分組起止位的誤判。比如，當(dāng)發(fā)送端發(fā)送3階m序列，使用（7，4）漢明碼做糾錯(cuò)，這種情況就可能（某種m序列碼型和生成矩陣的組合時(shí)）出現(xiàn)。有興趣研究的同學(xué)可以嘗試證明之。3糾錯(cuò)編碼前后碼元速率的變化問題由于監(jiān)督碼的加入，編碼前后的碼速比為4:7。傳輸碼流到達(dá)接收端，由于監(jiān)督碼的去除，譯碼前后的碼速比為7:4。這兩次碼速的變化是互逆的過程，變化前后的碼速不是簡(jiǎn)單的整倍數(shù)關(guān)系。尤以后者發(fā)生在接收機(jī)中，和位同步恢復(fù)問題重疊在一起，顯得較為復(fù)雜。在某些應(yīng)用中，對(duì)碼率和傳輸帶寬無(wú)嚴(yán)格限定的情況下，可以用整倍數(shù)的碼速比4:8取代原先的4:7關(guān)系。具體實(shí)現(xiàn)中可在每個(gè)7位漢明碼組中添加1位無(wú)含義碼，然后通過信道發(fā)送，抵達(dá)接收端后在辨別并去除該位碼。當(dāng)然，比較正規(guī)的做法仍應(yīng)是實(shí)現(xiàn)4:7和7:4的兩次碼速調(diào)整。以下我們僅討論接收端的7:4調(diào)整。若希望譯碼后能等間隔輸出碼元，其速率為譯碼前的4/7，則需要對(duì)碼元間隔進(jìn)行調(diào)整。建議采用圖2所示解決方案。顯然，分組同步時(shí)鐘與發(fā)送端位時(shí)鐘是同步的。每個(gè)分組譯碼后輸出的前3個(gè)碼元可依據(jù)接收端內(nèi)部時(shí)鐘決定其間隔時(shí)間，第4個(gè)碼元由分組同步時(shí)鐘來(lái)控制其間隔，由此即可實(shí)現(xiàn)7:4的碼率變換。六、實(shí)驗(yàn)作品評(píng)價(jià)中的可