北京交通大学-通信原理实验-汉明编码实验报告

通信原理实验
电子信息工程学院
实验十五汉明编码和译码实验
实验前的准备
(1) 预习本实验的相关内容。

(2) 熟悉实验指导书附录B和附录C中实验箱面板分布及测试孔位置相关
模块的跳线状态。

(3) 实验前重点熟悉的内容：汉明码的编码规则、汉明码的纠错能力。

⑷思考题。

2)本实验中汉明编码器的输入数据速率为32kbps,输出数据速率为多
少？为汉明编码器的输入信号选择m序列信号时，跳线开关
SWCO1KCO1如何汉明编码器的输入信号选择来自ADPC模块的
实验目的
(1) 掌握汉明码编译码原理。

(2) 掌握汉明码纠错检错原理。

(3) 通过纠错编解码实验，加深对纠错编解码理论的理解。

三、实验仪器
(1) ZH5001A通信原理综合实验系统
⑵20MHz双踪示波器
四、基本原理
差错控制编码的基本原理是：由发送端的信道编码器在信息码元序列中增加一些监督码元。

这冗余的码元与信息之间以某种确定的规则建立校验关系，使接收端可以利用这种关系由信道译码器来发现或纠正可能存在的错码。

不同的编码方法有不同的检错或纠错能力。

为了纠正位错码，在分组码
1
中最少要加入多少监督位才可行呢？编码效率能否提高呢？从这种思想出发进行研究，便导致了汉明码的诞生。

汉明码是一种能够纠正一位错码且编码效率较高的线性分组码。

下面介绍汉明码的编码原理。

一般来说，若码长为n，信息位数为k，记作（n, k）码，则监督位数r n k,如果希望用r个监督位构造出r个监督关系式来指示一位错码的n种可能位置，则要求
2r 1 n 或2r k r 1
通信原理综合实验系统中的纠错码系统采用（7, 4）汉明码。

用
a6a5…a。

表示这7个码元，用3、S?、$表小3个监督关系式中的校
正子，则S&2S3的值与码元间构成偶数监督关系：
a6a5a4
a2
S2
a4a4a3a i S3a6a5a3a。

在发送端编码时，信息位
玄
6、
85、a4和a3的值决定于输入信号,
因此它们是随机的。

监督位a“印和a。

应根据信息位的取值按监督关系来确定，即监督位应使以上二式中0、S» S3的值为零（表示变成的码组中应无错码），即
a6a5a4a20
a5a4a3a i0
a6a5a3a。

0
上式经移项运算，解出监督位
a2a6a5a4
a i a5a4a3
a。

a6a5a3
给定信息位后，可直接按上式算出监督位，其结果如下表
2
接收端收到每个码组后，先按式（）式（）计算出S、Sy S3，再按上表判断错码情况。

例如，若接收码组为0000011, 按式（12-2）〜式（12-4）计算可得S,=0、S2=1、S3 1。

由于S^S s 等于011,故可知在a s位有一错码。

按上述方法构造的码称为汉明
码。

（7, 4）汉明码的最小码距d=3，因此，这种码能纠正一个错码或检测两个错码。

汉明码有以下特点：
码长n2m 1最小码距d=3
信息码位k2n m 1纠错能力t=1
监督码位r n k m
这里，m为2的正整数，给定m后，即可构造出具体的汉明码（n,k ）。

汉明码的编码器和译码器电路如图所示。

3
1. 输入数据
汉明编码输入数据可以来自ADPCM模块的ADPC码字，或来自同步数据端口数据、异步端口数据、CVSD S码数据、m序列。

选择ADPC码字由工作方式选择开关SWCO中的ADPC状态决定，当处于ADPC状态时（插入跳线器），汉明编码器对ADPCI信号编码否则处于非ADPCI状态时（拔除跳线器），输入编码数据来自开关KCO1所设置的位置，分别为同步数据端口数据、异步端口数据、CVSD S码、m序列。

2. m序列发生器
m序列用于测试汉明编码规则，输出数据信号与开关SWCO位置如下表。

3•编码使能开关
此开关应与接收端汉明译码器使能开关同步使用，该开关处于使能状态（H-EN短路器插入），汉明码编码器工作；否则汉明码编码器不工作。

需要注意：汉明码编码器不工作时，ADPCM口CVSD舌音数据
4
无法通过调制解调信道通话，这是因为编码速率与信道速率不匹配。

5
6
4•错码产生
错码产生专门设计用于测量汉明译码器的纠错和检错性能。

输出 错码与开关SWCO 位置如下表所示。

丢12-3
SWC01与橋人错码惜寻
swc n
】说
E^MOLK
L □ □H -Q
□ □
□F -Q
E _ MODI
口 口
□ □ IZ^-D
JC
雄码
蜡】&
矶世
错码可以用示波器从错码指示端口 TPC03监测。

汉明编码模块各测试点定义如下。

（1） TPCO1输入数据。

（2） TPC02输入时钟。

（3） TPC03错码指示（无加错时，该点为低电平）。

（4） TPC04 编码模块输出时钟（56kHz/BPSK/DBPSK ）
（5） TPC05 编码模块输出数据（56kbtps/BPSK/DBPSK 。

汉明编码模块电路功能组成框图见图 12-2）
汉明译码模块实验电路工作原理描述如下
1. 输入信号选择开关
U.SELI
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图12-2汉啊绥円松跌迪嘩M 祀41戒網图
7
开关KWO 、KW02用于选择输入信号和时钟是来自解调器信道或 直接来自汉明编码模块。

当 KWO 1 KW02S 置在1-2位置（CH 左 端）,则输入信号来自信道开关 KWO1 KW02设置在2_3位置（LOOP 右端）则输入信号来自汉明编码模块。

2. 汉明译码器
主要由串/并变换器、校正子生成器、3/8译码器和纠错电路构 成。

该电路专门由一个 CPLD （EPM7128实现。

3. 汉明译码使能开关
SW0沖H-EN 与发端编码使能开关同步使用。

汉明译码模块各测试点定义如下。

TPWQ1 输入时钟（56kHz ）。

TPW02 输入数据（56kbps ）。

TPW03检测错码指示。

TPW04输出时钟。

TPW05 CVSD^据输出。

TPW06同步数据输出。

TPW07 m 序列输出。

TPW08异步数据输出。

汉明译码模块电路功能组成框图见图 12-3。

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五、实验内容
（一）准备工作
（1） 首先通过菜单将调制方式设置为 BPSK 或 DBPS 方式；将汉明编 码模块内工作方式选择开关 SWCO 中：编码使能开关插入（HEN , ADPCM 数据断开（ADPCM ）加错开关EMODOEMOD 均拔出接入；将输入数据选 择开关
KC01设置在m 序列（DTM 位置，设置m 序列方式为00 （MSEL2和 MSEL 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 KWO 、KW02S 置 在LOOP 位置（右端），输入信号直接来自汉明编码模块（不通过调制、 信道、解调）；将译码器使能开关KW03设置在工作位置ON （左端）。

图12-4汉明编码榄块工作方式选择跳线
（二）编码规则验证
（1）用示波器同时观测编码输入信号 TPC O 彼形和编码输出波形 TPC05观测时以TPCO 伺步，观测是否符合汉明编码规则（参见表 12- 1）。

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 。

上方为TPC01波形，下方为TPC05波形:
可见上方数据为： (1100)
..........
V
■
■
4
■ ■
* ■
■
E 川 0[)0 L_M 01)1
3I_EN
ADPCM M SFI.2 M SEL1
SW C01
KCOI
DT_M
9
（2）设置m 序列方式为10（ MSEL2S 入、MSEL 拔下），此时m 序列 输出为11/00码（参见表12-1 ）。

用示波器同时观测编码输入信号 TPCO1 波形和编码输出波形TPC05观测时以TPCO 伺步，观测是否符合汉明 编码规则。

（三）译码数据输出量
（1）设置m 序列方式为
11 （ MSEL2 MSEL 均插入用示波器同时观测 汉明编码模块的编码输入信号 TPCO1波形和汉明译码模块译码输出 m 序 列波形TPW07观测时以TPCO 伺步。

测量译码输出数据与发端信号是 否保持一致。

注意：输出波形与输入波形之间有时延。

记录输出波形和 输入波形。

___________ 上方为TPC01波形，下方为TPW0波形：
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（四） 译码同步过程观测
将汉明编码模块工作方式选择开关 SWCO 的编码使能开关插入
（H_EN ； ADPC 数据有效（ADPCM 将汉明译码模块的输入信号和时钟选 择开关KWO 、KW02S 置在23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 SWCO 的编码使能开关断开（H_EN 使汉明译码模块失步，观测
TPW03变化；将编码使能开关插入（H_EN , 观测汉明译码的同
（五） 发端加错信号和汉明译码检错能力观测
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勺波形，观测时以TPC03同步。

（1）将汉明编码模块工作方式选择开关 SWCO 的加错开关E_MOD0
E_MOD 均拔出，此时无错码，记录结果。

(2)将汉明编码模块工作方式选择开关~~SWCO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。

11
12
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(3) 将汉明编码模块工作方式选择开关 SWCO 的加错开关E_MOD1 产生2
(4) 将汉明编码模块工作方式选择开关 SWCO 的加错开关E_MOD0
E_MOD 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
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（六）汉明译码纠错性能量
汉明编码的输入信号设置m序列方式为11 （MSEL2 MSEL均插入）；用示波器同时观测汉明编码模块的输入信号TPCO波形和汉明译码模块译码输出m 序列波形TPW07观测时以TPCO伺步。

（1）将汉明编码模块工作方式选择开关SWCO的加错开关E_MODO
（2）将汉明编码模块工作方式选择开关~~SWCO的加错开关E_MODO 接
（3）将汉明编码模块工作方式选择开关SWCO的加错开关E MOD1 接入，15
六、实验结论分析
七、思考题
（2）汉明编码器模块的使能开关、译码器模块的使能开关（H_EN断
16。