信道编码实验.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,信道编码实验,1,信道编码,实验目的：,1、了解,信道编码与信源编码,的区别,2、了解差错控制编码的,基本原理,3、掌握,汉明码的编码规则,能力目标：,能够根据输入信息码写出汉明编码组帧输出和不组帧输出的,编码输出结果,，并能判断接收码出错位置。,2,信道编码,由于通信信道,尤其是无线通信信道,容易受到外界干扰和噪声的影响,因此导致信息在传输过程中发生改变,从而在接收端接收不到完全正确的信息。为了保证通信的,可靠性,必须采用,信道编码,。信道编码能够,检查和纠正,接收信息流中的差错。,3,信道编码,“差错控制编码”的,基本思想,是在发送端被传送的信息中附加一些冗余比特（称为监督码元），这些多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联（约束）；接收端通过检验这种既定的规则来获知是否有错码产生，进而纠正这些错码。,由于监督码元的加入，增加了信号的冗余度，即,可靠性的提高是以带宽为代价,的，所以信道编码技术的,目的,是如何以最小的监督码元，获得最大的纠错和检错能力。,4,线性分组码,基本概念,在(,n,k,)分组码中,若每一个监督元都是码组中某些信息元按,模二和,而得到的,即监督元是按线性关系相加而得到的,则称,线性分组码,。或者说,可用线性方程组表述码规律性的分组码称为线性分组码。线性分组码是一类重要的纠错码,应用很广泛。,5,汉明码,一种典型的线性分组码（汉明码）：,汉明码是美国科学家Hamming提出的，是一种高效的能纠单个错误的线性分组码。其高效性体现在其纠单个错误时，所用的监督码元最少，与其他码长相同的能纠单个错误的码相比，编码效率最高，被广泛应用于数字通信和数据存储系统中。,6,汉明码的构造原理：,在偶数监督码中，由于使用了一位监督位,a,0,，它和信息位,a,n-1,a,1,一起构成一个代数式：,在接收端解码时，实际上就是在计算,若,S,=0，就认为无错码；若,S,=1，就认为有错码。现将上式称为,监督关系式,，,S,称为,校正子,。由于校正子,S,只有两种取值，故它只能代表有错和无错这两种信息，而不能指出错码的位置。,汉明码,7,举例说明：,某一（7，4）汉明码，采用下列监督方程,按此规则写出（7，4）汉明码许用码,汉明码,8,汉明码,9,汉明码,从监督方程，得到校正子方程：,当无错时，,S,1,、S,2,和S,3,的值为0，因此可找出校正子与错码的关系,10,汉明码,假设有一位错码的码组为0110001，计算校正子可得,S,1,S,2,S,3,=,0,1,0,，,接收码组应怎样？,则表示,a,1,有错，将接收码组0110001纠正为0110011.,11,汉明码,实验内容,1、对信号源模块24位NRZ码进行汉明编码，包括组帧和不组帧两种方式。,2、汉明码译码还原。,实验仪器,1、信号源模块 一块,2、信道编码模块 一块,3、20M双踪示波器,12,汉明码,实验中，,信号源模块,提供一帧24位周期循环的,NRZ码,，首先将其,按4位码元一组分为6组,，然后每组码元依照,汉明码许用码组,算出监督位的3位码元。,为便于码速率匹配，,在7位码元之前补一位0,，原4位码元a6 a5 a4 a3 汉明编码为0 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0的8位码元一组的格式。,13,汉明码,不组帧,时，信号源模块一帧24位NRZ码汉明编码后为48位码元。编码同样是24位一帧，则信号源NRZ码一帧一循环，不组帧汉明编码是两帧一循环。,组帧,时，每隔16位汉明编码添加一个8位长的,巴克码帧头“11100100”,，因此，信号源模块一帧24位NRZ码汉明编码后为72位码元。编码同样是24位一帧，则信号源NRZ码一帧一循环，组帧汉明编码是三帧一循环。,14,汉明码,以信号源模块24位NRZ码拨为10000000 11000000 11100000码型为例，汉明编码组帧输出及不组帧输出的编码输出结果分别如,：,组帧输出：,0,1000,111,0,0000,000,1110 0100,0,1100,001,0,0000,000,1110 0100,0,1110,100,0,0000,000,1110 0100,不组帧输出：,0,1000,111,0,0000,000,0,1100,001,0,0000,000,0,1110,100,0,0000,000,15,汉明码,“信道编码类型选择”拨码开关,：,SW01拨为,10000000,时，对信号源模块一帧24位NRZ码进行不组帧汉明编码；,SW01拨为,01000000,时，对信号源模块一帧24位NRZ码进行组帧汉明编码；,SW01拨为00100000时，对信源编码模块一帧8位PCM码进行组帧汉明编码。,16,汉明译码,译码是编码的反过程。,先将收到的码元按帧同步和位同步信号，将其8位码元一组分为3组，然后每8位码元还原为4位码元，并纠正一位错码，最后将还原的所有信息码元按64K码速率串行输出，根据“信道编码类型选择”拨码开关24位一帧或8位一帧。,17,汉明码,实验步骤：,1、将模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。,2、信号源模块“码速率选择”拨码开关设置为12分频，即SW04、SW05拨为00000000、00010010；24位“NRZ码型选择”拨码开关任意设置。,3、实验连线如下：,信号源模块 信道编码模块,24.576M CLK（编码输入）,NRZNRZ（编码输入）,BS BS（编码输入）,FS FS（编码输入）,信道编码模块内连线,NRZ（编码输出）NRZ（解码输入）,BS（编码输出）BS（解码输入）,FS（编码输出）FS（解码输入）,4、组帧不组帧编码输出,18,循环码,实验目的：,掌握,循环码的编码规则,能力目标：,能够根据输入信息码写出循环编码输出的,结果,，并能判断接收码出错位置。,19,循环码,循环特性,：,循环码的前k位为信息码,后,r,位为监督码元。除了具有线性码的一般性质外,还具有循环性,即循环码组中任一码组循环移位所得的码组仍为一个许用码组。下表中给出一种(7,3)循环码的全部码组。,20,循环码,（7，3）循环码全部码组,21,循环码,0000000,0010111100101111001011110010,01011101011100 0111001,22,循环码,循环码可用,多项式,来表示，为方便起见，把最低位作为x,0,，由右向左顺次为x,1,x,2,x,n1,，其系数即为相应位的二进制码元。,在循环码的条件下，,g(x)必是x,n,+,1的一个因式,，也就是用g(x)一定能除尽x,n,+,1(模x,n,+,1),，从因式中选一个（n-k）次多项式作为个g(x),。,因此7位码的生成多项式g(x)必然是x,7,+,1的一个因式。因式分解可得,：,x,7,+,1（x,+,1）（x,3,+x,2,+1）（x,3,+x+1）,23,循环码,循环码的,编码原理,：,首先要根据给定的循环码的参数确定生成多项式,g(x)。,设要产生（n，k）系统循环码，m(x)表示信息多项式，其次数必小于k。,编码步骤：,1)用 乘m(x)。实际上是给信息码后附加上(n-k)个0.,2)除以g(x)，可得余数r(x)。,3)r(x)加到信息位后作为监督码，就得到了系统循环码多项式C(x)=m(x)+r(x),24,循环码,举例说明：,(7、3)循环码的生成多项式g(x)=,x,4,+,x,2,+,x,+1,，信息码m=（011），系统循环码多项式C(x)为多少？,解：,先以输入信息,m,=(011)即m(x)=(x+1)为例，,x,n-k,m(x)=x,4,(x+1)=x,5,+x,4,(x,5,+x,4,)除以(x,4,+x,2,+x+1)，得余式(x,3,+,1,),C(x)=x,n-k,m(x)+r(x)(x,5,+x,4,)+(x,3,+,1,),对应码矢(01110,01,)。,25,循环码,循环译码：,1)由接收码字R(x)计算伴随式S(x);,2)根据伴随式S(x)确定错误图样E(x)；,3)R(x)-E(x)=C(x)，得到译码器输出的估计码字C(x)，并送出译码器给用户检测是否正确。,26,循环码,实验内容,1、对信号源模块24位NRZ码进行循环编码。,2、循环码译码还原。,实验仪器,1、信号源模块 一块,2、信道编码模块 一块,3、20M双踪示波器,27,循环码,为了使输出码元的速率与输入码元的速率成整倍数的关系，便于示波器观测，规定信号源提供的一帧24位NRZ码,每4位的首位拨为“0”,，即NRZ码型拨为0X1X2X3,0X4X5X6,0X7X8X9,0X10X11X12 0X13X14X15,0X16X17X18形式，码速率为BS。,NRZ码型中“XXX”为有实际意义的信息元，按上表（7，3）循环码编码规则，得到的7位循环码XXXYYYY在高位补0，即最终编码输出结果是0X1X2X3YYYY 0X4X5X6YYYY,0X7X8X9YYYY,0X10X11X12YYYY 0X13X14X15YYYY,0X16X17X18YYYY，码速率为2BS。,“信道编码类型选择”,拨码开关SW01拨为00010000,时，对信号源模块一帧24位NRZ码进行（7，3）循环编码。,28,循环码,以信号源模块24位NRZ码拨为010,1,0,11,0,0,10,1,000,1,0000,00,10码型为例，,循环,编码输出结果如,：,0101,1100,0110,0101,0101,1100,0001,0111,0000,0000,0010,1110,29,循环码,实验步骤：,1、将模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。,2、信号源模块“码速率选择”拨码开关建议设置为,24分频,，即SW04、SW05拨为00000000 00100100；24位“NRZ码型选择”拨码开关每4位的首位拨为“0”，其余任意设置。,3、实验连线如下：,信号源模块 信道编码模块,2BSCLK（编码输入）,NRZNRZ（编码输入）,BS BS（编码输入）,FS FS（编码输入）,信道编码模块内连线,NRZ（编码输出）NRZ（解码输入）,BS（编码输出）BS（解码输入）,FS（编码输出）FS（解码输入）,4、信道编码模块“信道编码类型选择”,拨码开关SW01拨为00010000,，选择（7，3）循环码。,30,卷积码,实验目的：,掌握,卷积码的编码规则,能力目标：,能够根据输入信息码写出,卷积,编码输出的,结果,，并能判断接收码出错位置。,31,卷积码,卷积码是非分组码，它与分组码的主要差别是有记忆编码，即在任意时段，编码器的个输出不仅于此时段的个输入有关，而且还与存贮其中的前个输入有关，故一段可表示为（，）码典型的卷积码一般选和（）较小，但值较大（10左右），以获取高性能,。,32,卷积码,将信息序列分隔成长度,为,k的一个个分组,某一时刻的编码输出不仅取决于本时刻的分组，而且取决于本时刻以前的,m,个分组。,称,m,为约束长度,最重要的三个参数(n,k,m,),33,卷积码的纠错性能随m的增加而增大，而差错率随m的增加而指数下降。在编码器复杂性相当的情况下，卷积码的性能优于分组码。但卷积码没有分组码那样严密的数学分析手段，目前大多是通过计算机进行好码的搜索。,一般结构框图,如图：,卷积码,34,卷积码,下面我们用具体例子来说明卷积码的编码过程。,例1,图2给出一个（2,1,6,）卷积码编码器结构，此时n=2，k=1，,N,=,6,，约束长度,N,6,35,该编码器由,6,个移位寄存器（D）和,一,个模2加法器组成，每输入一个码元就会产生2个输出，输出端第,i,时刻的码元分别由下式确定：,假设输出信息序列为：,最终的编码输出为,：,卷积码,36,卷积码,我们假设输入为,b,=(1011)，编码开始前先对移位寄存器进行复位（即置0），输入的顺序从1011，则编码的过程结合公式为：,输入,输出为：11,输入,输出：00,输入,输出：11,输入,输出：10,37,所以编码器输出为：110,011,10，由于是1/2码率，所以共有,8,位输出。,如果考虑到信息序列输入完移位寄存器的清零，即增加,5,位0输入，加清零的码元后，编码器最终输出为：11001110,010000,000,1,卷积码,38,卷积译码,釆用的是门限译码的方式,39,卷积码,实验内容,1、对信号源模块24位NRZ码进行卷积编码。,2、卷积码译码还原。,实验仪器,1、信号源模块 一块,2、信道编码模块 一块,3、20M双踪示波器,40,卷积码,实验步骤：,1、将模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。,2、信号源模块“码速率选择”拨码开关建议设置为,24分频,，即SW04、SW05拨为00000000 00100100；24位“NRZ码型任意设置。,3、实验连线如下：,信号源模块 信道编码模块,2BSCLK（编码输入）,NRZNRZ（编码输入）,BS BS（编码输入）,信道编码模块内连线,NRZ（编码输出）NRZ（解码输入）,BS（编码输出）BS（解码输入）,4、信道编码模块“信道编码类型选择”拨码开关SW01拨为00001000，选择（2，1，6）卷积码。,41,thanks！,42,