1、实验四 纠错码 Hamming 码编译码一、 实验原理差错控制编码的基本作法是：在发送端被传输的信息序列上附加一些监督码元，这些多余的码元与信息之间以某种确定的规则建立校验关系。接收端按照既定的规则检验信息码元与监督码元之间的关系，一旦传输过程中发生差错，则信息码元与监督码元之间的校验关系将受到破坏，从而可以发现错误，乃至纠正错误。通信原理综合实验系统中的纠错码系统采用汉明码（7，4） 。所谓汉明码是能纠正单个错误的线性分组码。它有以下特点：码长 n=2m-1 最小码距 d=3信息码位 k=2n-m-1 纠错能力 t=1监督码位 r=n-k这里 m 位2 的正整数，给定 m 后，既可构造出具体
2、的汉明码（n，k） 。汉明码的监督矩阵有 n 列 m 行，它的 n 列分别由除了全 0 之外的 m 位码组构成，每个码组只在某列中出现一次。系统中的监督矩阵如下图所示： 11010H=010101其相应的生成矩阵为： 100101010101G=汉明译码的方法，可以采用计算校正子，然后确定错误图样并加以纠正的方法。表 3.4.1 （7，4）汉明编码输入数据与监督码元生成表4 位信息位a6, a5, a4, a33 位监督码元a2, a1, a04 位信息位a6, a5, a4, a33 位监督码元a2, a1, a00000 000 1000 1010001 011 1001 1100010
3、110 1010 0110011 101 1011 0000100 111 1100 0100101 100 1101 0010110 001 1110 1000111 010 1111 111KC01DT_SY DT_MAS CVSD二、 实验仪器1、 JH5001 通信原理综合实验系统 一台2、 20MHz 双踪示波器 一台3、 JH9001 型误码测试仪（或 GZ9001 型） 一台三、 实验目的通过纠错编解码实验，加深对纠错编译码理论的理解；掌握纠错编译码的实现和应用。四、 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
4、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
5、（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。（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。（3）设置其它 m 序列方式，重复上述测量步骤。注：其它两种 m 序列周期因非 4bit 的倍数，观测时要仔细调整示波器才能观测。E_MOD01H_ENADPCMM_SEL21SWC012. 译码数据输
6、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。（2）设置不同的 m 序列方式，重复上述实验，验证汉明编译码的正确性。问题与思考：当 m 序列产生输出 0/1 码或 00/11 码或 7 位周期序列时（都是短周期性数据） ，观测译码接收和发送数据信号一致，此时保持跳线开关和设置不变，将通信原理实验箱关机后在开机。此时有可能发生译码输出数据与编码数据有不一致。如不一致，可将SWC01 中的 ADPCM 开关插入再断开（加入一段随机数据） ，此时译码输出数据
7、与编码数据又一致，这是为什么（参照表 3.4.1 进行分析）？在实际通信中如何解决这问题？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
8、测量结果。（2）将 ADPCM 数据换为 m 序列，重复上述测量步骤，分析测量结果。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、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）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。（2）将汉明编码模块工作方式选择开关 S
9、WC01 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。（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。（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。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
10、（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！） 。（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。（2）将汉明编码模块工作方
11、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。（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。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。五、 实验报告1、 画出输入为 0/1 码、00/11 码和 1110010 m 序列码的汉明编码输出波形。2、 分析整理测试数据。3、 纠错译码时为什么要同步？如何同步？4、 纠错编码对误码率有何影响？5、 Hamming 码有何优点和局限？
