CRC编码的Simulink仿真实现

目录
第一章设计要求求 (2)
1.1 基本要求 (2)
1.2提高要求 (2)
1.3 功能需求 (2)
第二章系统的组成及工作原理 (3)
2.1系统组成 (3)
2.2 CR（编码原理 (3)
2.3通用CR编码器 (3)
2.4 CRC—N编码器 (3)
2.5 CRC检测器（CRC- N检测器） (4)
第三章概要设计 (5)
3.1系统层次结构图 (5)
3.2方案的比较 (5)
第四章详细设计 (6)
4.1 仿真模型图 (6)
4.2各个模块的功能及参数设置 (6)
第五章调试及测试结果与分析 (12)
5.1功能调试 (12)
5.2、问题发现及解决 (13)
第六章设计总结 (14)
参考文献 (15)
附录1 (16)
附录2 (17)
第一章设计要求
1.1、设计要求
（1）对输入数据帧，进行CRC编码。

根据数据帧长度，选择适当长度的
CRC S 码器。

观察编码前后的波形。

（2）掌握CR（生成多项式、系统码等概念。

（3）掌握SIMULINK仿真参数的设置方法。

1.2提高要求
从误码率的角度考虑如何根据数据帧长度选择合适的长度的CRC S码器
1.3功能需求
实现CRC S码以及检测过程，并且在示波器上显示波形。

第二章系统组成及设计原理
2.1、系统组成
本系统由信源编码部分，信道部分，信宿检测部分组只要组成
2.2、CRC编码原理
在K位信息码后再拼接R位的校验码，整个编码长度为N位，因此，这种编码又叫(N, K码。

对于一个给定的(N, K)码，可以证明存在一个最高次幕为N-K=R 的多项式
G(x)。

根据G(x)可以生成K位信息的校验码，而G(X)叫做这个CRC码的生成多项式。

校验码的具体生成过程为：假设发送信息用信息多项式M(X)表示，将C(x)左移R 位，则可表示成M(x)*2R，这样C(x)的右边就会空出R位，这就是校验码的位置。

通过
M(x)*2R除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码。

2.3、通用CR(编码器
通用CR(编码器根据输入的一帧数据计算得到这帧数据的循环冗余码，并且把这个循环冗余码附加到帧数据后面，形成输出数据流。

如果通用CR(编码器的输人数据的帧长度等于凡，生成多项式的最高次数等于r，对每帧数据产生k个校验和(CHECKSUM)则CR(编码器的工作流程如下：
(1) 把输入的一帧数据等分成k个部分，每个部分的长度是n/k;
(2) 在每个部分的数据。

后面添加r个二进制位(并且这r个二进制位的数值等于通用
CR(编码器的初始状态)，得到二进制序列S ;
⑶计算5的循环冗余码Ci;
⑷把循环冗余码Ci添加到Wi的后面，得到二进制序列；
(5)把所有的序列连接起来形成数据帧。

2.4、CR—N编码器
CR—N编码器(CRC-N Generator)计算每一个输入信号帧的循环冗余码(CRC), 并把计算得到的循环冗余码附加到输入帧的末尾。

CRC-N编码器是通用CR编码器的简化，它的工作方式与通用CR(编码器类似，但是它提供了若干个经常使用的生成多项
式，W就表示这些生成多项式的最高次数。

2.5、CR检测器（CRC—N检测器）
与通用CRCk成器、CRC- N生成器相对应，CR检测器也有两种：即通用户CRC 检测器与CR一W检测器。

这两种检测器具有相同的工作原理，它们首先从接收到的二进制序列中分离出信息序列和CRC然后根据接收端的信息序列重新计算CRC如果重新计算得到的CR与接收到的CR（相等，则认为接收序列是正确的；否则，则认为接收序列存在着传输错误。

第三章概要设计
3.1、系统层次结构图
3.2、方案的比较
方案一：使用Simulink自带的模块进行搭配，设置参数并仿真
CR（码的仿真模型主要由Bernoulli Bin aryGe nerator（贝努利二进制序列生成
器模块），，CRC-N Generator（CRC—N生成器）和CRC-N Syndrome Detector （CRC —N 检测器）等模块组成。

通过设计各个模块的参数就可以得到仿真结果。

方案二：使用C语言编写S函数并进行仿真。

通过Simulink中的S函数也可以得到同样的仿真结果。

与CR码仿真实现对应的是一个离散状态的s函数，其输入模块为Bernoulli BinaryGnerator模块，通过S函数模块仿真后也能得到结果。

但是相比较而言，方案二过程过于复杂，编写代码也容易出错，而方案一简单明了，调试方便，所以选择的方案一来进行仿真。

第四章详细设计
4.1、仿真模型图
仿真模型图如图4-1
rwwwv I G MAJ I I
I
•MM
*屮旨叩!I豈
4用
图4 -1
4.2、各个模块的功能及参数设置
(1) Bernoulli BinaryGenerator( 贝努利二进制序列生成器模块)
Bernoulli BinaryGenerator 是一个二进制序列发生器，如图4-2所示。

Probabolity of a zero 设置序列中出现0的概率，这里设置为0.3。

Samples per frame 设置帧的长度。

CF 亠-•■ *! JW
CK M
图4-2
(2) CRC-N Generator(CRC 编码器)CRC-N Generator 是用来对输入帧进行 CRC 编码的，如图4-3所示。

CRC-N Metho 是用来设置生成多项式的，这里有 6种生成多项式，如表4-1
所示
CRC-N OenerdluF
4-3
在本次设计中采用CRC-32莫式，其生成多项式对应二进制序列为1000000100110000010001110110110111
(3) 复数转换模块
该模块如图4-4所示
■ -------------
Conplix to
Redlimidg
图4 -4
这个模块是用来将实数转换成虚部为0的复数，由于瑞利信道只能输入复数, 以需要添加这个模块。

(4) 多径瑞利衰减信道模块
该模块如图4-5所示
Multipalh Kayleigb
Fjdin$ Channel
图4 -5
该模块是用来实现信号的多径瑞利衰减仿真，他的输入信号是帧的复数形式。

其参数设置如图4-6
图4-6
Doppler freque ncy(Hz):多普勒频移
Sample time: 抽样间隔
Delay vector :时延向量
Gain vector :增益向量
（5）矩阵螺旋解交织器
该模块如图4-7所示
Mrirbc
Irrt前討呻
Interlejvei
图4-7
该模块能将实数序列转换成1列多行的矩阵，其参数设置如图4-8
图4-8（6）CRC-检测器
CRC-检测器如图4-9所示
图4-9
该模块是用来CR解码的，并且能计算是否出错了设置参数方法跟CRC-编码器相同（7）vector scope 示波器
该模块用来显示编码前后波形如图4-10所示
Vector
图4-10
（8）错误率统计模块
该模块从发射端和接收端分别接受数据并进行比较，得出误码率该模块如图4-11所示
Error Rdte
图4-11
其参数设置如图4-12
图4-12
（9）选择器selector
该模块用来选择从错误率统计模块输出的3个数据中的第一个（三个数据分别是：误码率，错误码元数，总码元数）如图4-13所示
Sek «tor
图4-13
第五章调试及测试结果与分析
在整个制作过程中，首先是弄清楚各个模块的功能以及参数的设置方法，布置好各个模块的位置，然后进行连接接。

再进行参数设置，进行仿真和调试。

5. 1功能调试
按下运行，等仿真结束，观察示波器波形，然后计算CRC编码，看是否
与示波器波形相同。

示波器波形如图5-10
0 百如再厲蕎翼I3E4D 寥
HE』 ..... F EQ亦-______________________________________________________________________ ■_J & uaynsui j LarZj'THirl uit Sruiiw 1
£3 L»Ji ■ Jaw
IC
1
图5-1
从图5-1可以看出输入为101101111001111111001101110101110110010000111111
CRC-编码器选用的是CRC-32即生成多项式对应二进制代码为1000000100110000010001110110110111
经过计算所得校验位1101010100110111101101001001100
所得CRC编码为10110111100111111100110111010111011001000011111111010101001101111011010
01001100
跟图示相同说明仿真过程完全正确。

5.2、问题发现及解决
调试过程中瑞利信道报错，查了资料，发现锐瑞利信道的输入输出必须是复数，在瑞利信道输入端接上一个复数转换模块，将输入实数转换成虚部为0的复数后问题得到解决。

调试过程中又发现误码率非常高，通过查资料和请教老师，发现这是又由延迟造成的。

然后在信源和信宿分别连接一个To Worksapce模块，再在示波器显示，观察延迟，并且在错误率统计模块修改延迟，然后再一次仿真，控制误码率在0.4左右，问题得到了解决。

第六章设计总结
本次课程设计，学会了Simulink仿真工具的基本使用方法以及调试方法，并且初步了解了Simulink的模块，同时还了解了S函数的编程方法。

在本次设计中，完成了CR编码以及检测的要求，而且了解了系统码、线性编组码的定义，对设计中所用到的模块有了深刻的了解，尤其是CR（编码器和CR检测器
的工作原理，同时也了解了各个模块的设置要求以及输入输出数据的要求，总的来说这次设计圆满完成了。

但是不可否认在本设计中还是存在很多问题，Vector scope只能显示幅度
不能显示时间和频率；误码率还是比较高（查资料显示使用瑞利信道误码率都很大）；生成的多项式只能有6种模式，这个问题如果使用通用CRC S码器能得到解决。

本次实验前，用使用Simulink进行多次仿真，在仿真过程中发现问题分
析原因后，及时修改设计方案，修改电路中的各项参。

但仿真的环境与实际情
况还是存在出入，因而在使用中，还要完善方案
参考文献:
[1] .樊昌信曹丽娜等•通信原理（第6版）[M]. 北京：国防工业，
[2] .森正亮等Marlab仿真技术与实例应用教程•北京：机械工业，
[3] .邓华等Matlab通信仿真及应用实力详解.北京：人民邮电，20032008 2004
附录1：仿真电路图
总亡也£*』帀
14W9>I "*>nr+| 話r irT|p ・t
匚■ Njnrr
附录2: S函数代码
function[sys , xO, str , ts]=crcfunc(t , x, u, flag)OA 定义S函数m=[1 1 0 1 0 1 0 1] ;消息对应的二进制序列
G=[1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1] ；生成多项式G()=
+ 5+ +1对应的二进制序列
switch flag ，0A艮据flag的值进行不同的S函数操作
case 0
[sys ，xO, str ，ts]=mdllnitializeSizes(m ，G);
case 2
sys=mdlUpdate(t ，x，u，m, G)；
case 3
sys=mdlOutputs(t ，x，u，m G)；
case{1 ，4，9}
sys=[]；
otherwise
error([ ' unhandled flag= ' ，num2str(flag)]) ；
end
function[sys ，x0，sir ，t8]=mdlInitializeSizes(m ，G)0A初始化S 函数
sizes=simsizes ；
sizes . NumContStates=0 :
sizes . NumDiscStates=1 ；
sizes . NumOutputs=1 ；
sizes . Numlnputs=1 ；
sizes . DirFeedthrough=1 ；
sizes . NumSampleTimes=1;
sys=simsizes(sizes) ；
xO=ones(2，1)；
str=[]；
ts=[1 0]；
for i=1 : 24
if(i<=8)
M(i)=m(i)；
else
M(i)=0 ；在消息后面补16个零
end
end
R=M(i)l l G(i) 将MWG进行模2运算，相当于异
或运算
function sys=mdlUpdates(t ，X，U, m G)更新离散状态sys=R ；
function sys=mdlOutputs(t , X, U。

m G)计算输出结果sys= R ;
付：外文翻译
电火花加工
电火花加工法对加工超韧性的导电材料（如新的太空合金）特别有价值。

这些金属很难用常规方法加工，用常规的切削刀具不可能加工极其复杂的形状，电火花加工使之变得相对简单了。

在金属切削工业中，这种加工方法正不断寻找新的应用领域。

塑料工业已广泛使用这种方法，如在钢制模具上加工几乎是任何形状的模腔。

电火花加工法是一种受控制的金属切削技术，它使用电火花切除（侵蚀）工件上
的多余金属，工件在切削后的形状与刀具（电极）相反。

切削刀具用导电材料（通常是碳）制造。

电极形状与所需型腔想匹配。

工件与电极都浸在不导电的液体里，这种液体通常是轻润滑油。

它应当是点的不良导体或绝缘体。

用伺服机构是电极和工件
间的保持0.0005~0.001英寸（0.01~0.02mnj）的间隙，以阻止他们相互接触。

频率为20000Hz左右的低电压大电流的直流电加到电极上，这些电脉冲引起火花，跳过电极与工件的见的不导电的液体间隙。

在火花冲击的局部区域，产生了大量的热量，金属融化了，从工件表面喷出融化金属的小粒子。

不断循环着的不导电的液体，将侵蚀下来的金属粒子带走，同时也有助于驱散火花产生的热量。

在最近几年，电火花加工的主要进步是降低了它加工后的表面粗糙度。

用低的金属切除率时，表面粗糙度可达2—4vin.（0.05 —0.10vin）。

用高的金属切除率［如高达15in3/h（245.8cm3/h）］时，表面粗糙度为1000vin.（25vm）。

需要的表面粗糙度的类型，决定了能使用的安培数，电容,频率和电压值。

快速切除金属（粗切削）时，用大电流，低频率,高电容和最小的间隙电压。

缓慢切除金属（精切削）和需获得高的表面光洁度时，用小电流，高频率，低电容和最高的间隙电压。

与常规机加工方法相比，电火花加工有许多优点。

1 . 不论硬度高低，只要是导电材料都能对其进行切削。

对用常规方法极难切
削的硬质合金和超韧性的太空合金，电火化加工特别有价值。

2. 工件可在淬火状态下加工，因克服了由淬火引起的变形问题。

3. 很容易将断在工件中的丝锥和钻头除。

4 . 由于刀具（电极）从未与工件接触过，故工件中不会产生应力。

5. 加工出的零件无毛刺。

6. 薄而脆的工件很容易加工，且无毛刺。

7 . 对许多类型的工件，一般不需第二次精加工。

8 . 随着金属的切除，伺服机构使电极自动向工件进给。

9 . 一个人可同时操作几台电火花加工机床。

10. 能相对容易地从实心坯料上，加工出常规方法不可能加工出来的极复杂的形状。

11. 能用较低价格加工出较好的模具。

12. 可用冲头作电极，在阴模板上复制其形状，并留有必须的间隙。

Electrical discharge machining
Electrical discharge mach ining has proved especially valuable in the mach
ining of super-tough, electrically con ductive materials such as the new space-age alloys. These metals would have bee n difficult to machine by conventional methods, but EDMhas made it relatively simple
to mach ine in tricate shapes that would be impossible to produce with conventional cutting tools. This machining process is continually finding further applications in the metal-cutting industry. It is being
used extensively in the plastic industry to produce cavities of almost
any shape in the steel molds.
Electrical discharge mach ining is a con trolled metal removal tech nique whereby an electric spark is used to cut (erode) the workpiece, which takes a shape opposite to that of the cutt ing tool or electrode. The cutting tool (electrode) is madefrom electrically conductive material, usually carb on. The electrode, madeto the shape of the cavity required, and the workpiece are both submerged in a dielectric fluid, which is gen erally a light lubricati ng oil. This dielectric fluid should be a noncon ductor (or poor con ductor) of electricity. A servo mecha nism mai ntai ns a gap of about 0.0005 to 0.001 in. (0.01 to 0.02 mm) between the electrode and the work, preve nti ng them from coming into con tact with each other. A direct current of low voltage and high amperage is delivered to the electrode at the rate of approximately 20 000 hertz (Hz). These electrical en ergy impulses become sparks which jump the dielectric fluid. Intense heat is created in the localized area of the park impact, the metal melts and a small particle of molte n metal is expelled from the surface of the workpiece . The dielectric fluid, which is constantly being circulated, carries away the eroded
particles of metal and also assists in dissipati ng the heat caused by the spark.
In the last few years, major advances have been madewith regard to the surface finishes that can be produced. With the low metal removal rates, surface finishes of 2 to 4 um. (0.05 to 0.10um) are possible. With high
metal removal rates fini shes of 1 000uin. (25um) are produced.
The type of finish required determines the number of amperes which can be used, the capacita nee, freque ncy, and the voltage sett ing. For fast metal removal (roughing cuts), high amperage, low frequency, high capacita nee, and minimum gap voltage are required. For slow metal removal (finish cut) and good surface finish, low amperage, high freque ncy, low capacita nee, and the highest gap voltage are required.
Electrical discharge mach ining has many adva ntages over conven ti onal mach ining processes.
1. Any material that is electrically con ductive can be cut, regardless of its hardness. It is especially valuable for cemented carbides and the new supertough space-age alloys that are extremely difficult to cut by conven ti onal mea ns.
2. Work can be machined in a hardened state, thereby overcoming the deformati on caused by the harde ning process.
3. Broken taps or drills can readily be removed from workpieces.
4. It does not create stresses in the work material since the tool (electrode) n ever comes in con tact with the work.
5. The process is burr-free.
6. Thin, fragile sections can be easily machined without deforming.
7. Secon dary fin ishi ng operati ons are gen erally elimi nated for many types of work.
8. The process is automatic in that the servomechanism advances the electrode into the work as the metal is removed.
9. One pers on can operate several EDM mach ines at one time.
10. Intricate shapes, impossible to produce by conventional means, are cut out of a solid with relative ease.
11. Better dies and molds can be produced at lower costs.
12. A die punch can be used as the electrode to reproduce its shape in the match ing die plate, complete with the n ecessary cleara nee.。