数字通信原理实验四循环码编译码实验.docx
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数字通信原理实验四循环码编译码实验
数字通信原理
实验报告
实验四 循环码编、译码实验
学院 计算机与电子信息学院
专业班级
姓名学号
指导教师
实验报告评分:
_______
实验四 循环码编、译码实验
一、实验目的
了解生成多项式g(x)与编、译码器之间的关系,码距与纠、检错能力之间的关系。
二、实验内容
1.根据编码规则验证循环码的生成多项式
。
2.通过实验了解循环码的工作原理。
(1)了解生成多项式g(x)与编码及译码的关系。
(2)了解生成多项式g(x)与码距d的关系。
(3)了解码距d与纠、检错能力之间的关系。
(4)观察该码能纠几个错误码元。
(5)观察循环码的循环性以及封闭性。
3.通过实验了解编、译码器的组成方框图及其主要波形图。
4.了解信道中的噪声对该系统的影响。
三、基本原理
1.总原理方框图(图4.1)。
图4.1
循环码的编、译码系统由下列五部分组成:
定时单元、信码发生器及显示部分、编码器、模拟信道部分(包括错码发生器及显示部分)和译码器。
(1)定时单元
原理图见图4.6。
本单元提供编码器及译码器所需的时序信号。
其时钟重复频率(CP)为2MHZ。
本单元还提供编译码器所需的开关信号帧SW,K1,K2,K3,其波形与关系图如图4.3所示。
图4.1虚线框图Ⅱ画出了产生上述开关信号的原理图。
触发器JK1、JK2、JK3、JK4及D5的输出分别为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5。
帧信号为Q2?
Q3?
Q4,K1信号为Q5?
Q4?
Q3?
Q2?
Q1,K2信号为Q5?
Q4?
Q3?
Q2?
Q1,K3信号为Q4?
Q3?
Q2?
Q1?
Q5。
(2)信码发生器
原理图见图4.4。
本单元给编码器提供一个信号源,手控开关(板上CDIN)置于+5V时,发光二极管亮,代表输出“1”码元。
若开关置于“0”,代表输出“0”码元。
根据二极管亮与否可在面板上直接读出所需信码。
信码从“000000”…“111111”共有26=64种状态,代表64个码字。
每一个码字均由手控开关组成,在帧脉冲信号的作用下,与门开启,手控信号并行输入移位寄存器(D触发器)的S端。
当脉冲消失后,随着时钟脉冲CP的作用,CDIN串行输出所需的码元。
(3)循环码编码器原理
编码器是本实验的主要部分,其原理如图4.5所示。
根据生成多项式
,采用5个异或门和D触发器组成编码器。
在K1信号的控制下,输入6位信息码元CDIN,一方面串行输入信道(即至收端译码器中的6位移存器),另一方面通过与门送入除法电路进行计算。
第6位输入码元结束时,K1信号也为零,在CP脉冲作用下,移位寄存器将计算的结果(CDOUT)送往信道,即在6位信息码元后附加了9位监督码,使码长(n=K+r)为15(64个编码输出信号附表1)。
(4)模拟信道传输错误部分
严格说编码输出的基带信号发往信道,若信道为有线的,需加均衡设备;若为无线信号,需加调制设备。
本实验的目的是观察编码输出波形及该波形经过信道后纠错能力,尽量省去附加设备。
本实验设计了一个15位错码发生器(板上ECD框内)可在不同位置使用开关任加“1”码,并使相应的发光二极管发光,显示错码产生的位置(如图4.2所示)。
图4.2位错码发生器
15位错码发生器的原理见图4.7。
其原理与前述信码发生器一样,不再详述。
错码发生器产生的“1”码与编码器输出的信号CDOUT相异或,产生的码即为错码,经过模拟信道部分,输出的信码为带有错误的码元。
如编码器输出的信码为110011,经过该信道,信道输出错误码为000110,送入译码器去的信号即为110101。
(5)译码方框图及原理介绍
译码器方框图见图4.3,原理图见6.8。
图4.3译码器方框图
经过信道加错后的信码,在K1信号的作用下,进入6位移存器,同时另一路进入除法电路进行伴随式计算,当6个信码全存人移存器时,电子开关置于“0”,此时信码保存在移存器中,同时另一路已进入除法器的信码,在CP脉冲的作用下,进入除法电路及正交方程形成网络、大数逻辑判决电路。
由于本实验最小码间距离d0=6,故最多能纠正两位错码,若错码个数在2个以内,该系统能自行纠正,纠正后的信码通过电子开关进入移存器,并在显示信号K3的作用下,若发光二极管亮表示“1”码,不亮表示“0”码。
此时译码信号是并行输出至显示部分的,它显示的信号应与信源显示的一一对应(注意此时信道干扰产生的错码只能是1个或2个)。
假如信道中错误个数已超过该码纠错能力(即超过2),那么译码显示与编码显示不能对应。
正交方程的定义是:
假定最高错误码元为e14,其次e13,此类推至e0,即e14在每个方程中均出现一次,而其它错误码元在4个方程组中出现一次,正交方程组如下:
由正交形成网络输出至大数逻辑判决电路,由四个三与非门及四输入与非门组成。
该电路输出信号通过与门在K2信号作用下,一方面进入除法电路进行伴随式复位,另一方面进入异或门,与6位移位寄存器中相应的信号相加(最高位)。
已纠正的码经过与门又存在相应的移位寄存器中。
6位移位寄存器将纠正后的正确码字在显示脉冲K3作用下并行输出。
在2个错误码元以内本电路能自行校正,译码器显示的码与编码器显示的码应一致。
如果错误码元超过2个,译码电路会产生错纠现象,译码显示电路显示的码与编码器不一样,即使一样也是巧合。
四、实验内容
准备工作:
1、按实验板上所标的电源电压开机,调准所需电压,然后关机;
2、把实验板电源连接线接好;
3、开机注意观察电流表
正电流 +I<250mA
若与上述电流差距太大,要迅速关机,检查电源线有无接错或其它原因。
在介绍基本原理时,已经对循环编译码实验电路的总体方案作了介绍,这是纠错码实验的一种方案。
1.实验前,复习有关线性码及循环码的教材和参考书。
并用编码规则验证循环码的生成多项式。
2.以时钟CP为准,观察编码器的输出波形。
)
(1)把双踪示波器的一路接至CP,另一路接至输出信码,以时钟CP为准,观察编码器的输出波形中前6位信息码的波形CDIN。
若示波器上显示高电平,面板上的发光二极管相应发应亮,若为低电平,发光二极应熄灭。
(2)在CDOUT观察附加在信息码后的9位监督的波形,并与理论结果比较,观察是否一致。
根据已验证的生成多项式
求得每一码字的余式
。
理论计算得到码字应为:
m(x)为信息码,由板上开关(CDIN框内)手控获得。
6位信息码元可以组成26=64个二进制码字。
由上述公式计算得64循环码字,如附表1所示。
注意与实际示波器观察到的波形是否一致。
(3)将示波器观察到的编码输出信号成表格。
观察循环码的主要性质:
循环性和封闭性。
3.观察信道干扰(双踪示波器一路接CDOUT,另一路接ECD)。
(1)若译码板上模拟错码发生器开关均控制在“0”(相应的发光二极管不亮),则二路波形应一致。
(2)手控错码发生器开关某一位,使其相应的发光二极管“亮”,表示有一个错码,此时示波器的两路波形中有一个对应位码元不同(即产生一位错码)。
以此类推,可以控制15个以内的任何一个或几个码元产生错误。
4.观察经过译码器后,该码的纠错能力。
(1)若信道加入1个或2个错误,译码显示电路与信码显示电路一致,则表示该码能纠正2个以下的错误。
(2)若信道加入3个或3个以上错误,译码显示电路与编码显示电路不一致,则表示错误码元超过该码纠错能力,译码电路将产生乱纠现象。
五、基本实验仪器
实验箱 循环码编、译码实验,华南理工大学电子与信息工程系
双踪示波器 一台
直流稳压电源 +8V一台
六、思考题
1.求出本实验循环码的最小码距、及检错纠错能力并与实验结果进行比较。
2.已知码字010011,用本实验生成多项式,求出循环码的码字,并与附表1进行比较。
*3.用ARTER可编程软、硬件设备,设计一个本实验的硬件设备。
实验截图
抽取三组验证监督码:
CDIN码:
000001
对应九位监督码:
001110011,则波形码为
CDIN码:
011111
对应九位监督码:
100010111,则波形码为
CDIN码:
111111
对应九位监督码:
000101110,则波形码为111111*********
加入两个错误:
加入两个错误的波形:
加入三个错误:
加入三个错误的波形:
信道加入2个错误,译码显示电路与信码显示电路一致:
信道加入3个错误,译码显示电路与信码显示电路不一致:
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- 数字通信 原理 实验 循环码 译码
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