汉明码编译码CPLD实现czdi.docx
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1、西安工业业大学现现代通信信原理实实验课程 设设 计 报告题目:(77,4)汉汉明码编编译码系系统CPPLD实实现系 (部部):专 业:班 级:姓名:学 号: 年月 日课 程 设 计计目的通过本课课程设计计巩固并并扩展通通信原理理课程的的基本概概念、基基本理论论、分析析方法和和实现方方法。结结合EDDA技术术、数字字通信技技术和微微电子技技术,学学习现代代数字通通信系统统的建模模和设计计方法,使使学生能能有效地地将理论论和实际际紧密结结合,培培养创新新思维和和设计能能力,增增强软件件编程实实现能力力和解决决实际问问题的能能力。课 程 设 计计要求熟悉数数字电路路设计的的一般方方法,熟熟练地运运用
2、通信信理论,进进行数字字基带信信号、数数字信号号频带传传输系统统设计,掌掌握对数数字基带带信号的的处理方方法,并并进行通通信系统统建模。熟悉和和掌握MMAXPPLUSS软件的的使用,按按设计要要求进行行建模;设计完完成后,按按学校“课程设设计工作作规范”中的“统一书书写格式式”,撰写写课程设设计报告告一份,包包括:设设计题目目、设计计要求、逻逻辑分析析、设计计总体电电路、模模块设计计、模块块程序(含含对程序序的说明明)、仿仿真波形形、实验验结果分分析、心心得体会会(不少少于5000字)、参参考文献献(不少少于5篇)。课 程 设 计计 注意事项接通通电源前前确保电电源插座座接地良良好,观观察设备
3、备仪器有有无异常常现象,正正常方可可实验。课程程设计时时要集中中注意力力遵守操操作规则则,遵守守一切安安全措施施,验安安全认真真操作仔仔细观察察,积极极思考,认认真设计计程序并并仔细调调试修改改程序。实验验结果与与设计不不相符仔仔细检查查,翻阅阅指导书书或者教教材,如如有不懂懂请教老老师,不不要盲目目改动修修改程序序。课 程 设 计计内 容容采用新型型数字系系统设计计的方法法实现(77,4)循环码。循环码是差错控制编码中最主要、最常用的一种。它有很强的纠错能力,所以普遍应用于各种实际的差错控制系统。要求用CPLD实现(7,4)循环码编码解码的方法,可以采用原理图或VHDL编程输入的方式。课 程
4、 设 计计简 要操作步骤简要介介绍线性性分组码码、循环环码的基基本原理理的基础础。分析CCPLDD实现(77,4)循循环码编编码解码码的算法法,建立立模型,写写出流程程图。原理图图输入或或用VHHDL语语言编写写的程序序。进行编编译,并并进行仿仿真。分分析仿真真波形,检检查所实实现的编编码器是是否正确确。进行引引脚定义义。进行并并口下载载电缆的的配置。检查无无误后,生生成下载载文件,并并进行可可编程器器件的烧烧写。硬件验验证功能能是否实实现。撰写课课程设计计报告。课 程 设 计计 心 得 体体 会通过本次次课程设设计,让让我全面面系统地地掌握了了通信原原理了基基本知识识。运用用通信原原理知识识
5、去分析析和解决决具体问问题,使使得所学知知识得到到了进一步步巩固、深深化和发发展。 通过结合合课本的的知识去去完成课课程设计计也让我我明白了了理论与与实践的的相结合合的重要要性。虽虽然在设设计的过过程中遇遇到了各各种各样样的问题题,但通过老师师的指导导同学的的帮助和和查阅大大量课程程设计指指导书,让让我得以以将课程程设计顺顺利完成成。总结结了课程程设计中中的错误误,提高高了自己己在实验验过程中中的效率率和准确确性。并并在本次次课程设设计中,进进一步加加深了自自己对通通信原理理的认识识和了解解。课 程 设 计计 评语及成绩评语成绩指导教师师(签 名名)20100年7月日附件: (77,4)汉汉明
6、码编编译码CCPLDD实现摘要:采采用新型型数字系系统设计计的方法法实现(77,4)循循环码。循循环码是是差错控控制编码码中最主主要、最最常用的的一种。它它有很强强的纠错错能力,所所以普遍遍应用于于各种实实际的差差错控制制系统。要要求用CCPLDD实现(77,4)循循环码编编码解码码的方法法,可以以采用原原理图或或VHDDL编程程输入的的方式。1、差错错控制编编码概述述以及汉汉明码主主要应用用领域数字信号号在传输输过程中中,由于于受到干干扰的影影响,码码元波形形将变坏坏。接收收端收到到后可能能发生错错误判决决。由于于乘性干干扰引起起的码间间串扰,可可以采用用均衡的的办法来来纠正。而而加性干干扰
7、的影影响则需需要用其其他办法法解决。在在设计数数字通信信系统时时,应该该首先从从合理选选择调制制制度,解解调方法法以及发发送功率率等方面面考虑,使使加性干干扰不足足以影响响到误码码率要求求。在仍仍不能满满足要求求时,就就要考虑虑采用差差错控制制措施了了。从差错控控制角度度看,按按加性干干扰引起起的错码码分布规规律不同同,信道道可以分分为3类类,即随随机信道道,突发发信道和和混合信信道。在在随机信信道中,错错码的出出现是随随机的,而而且错码码之间是是统计独独立的。在在突发信信道中,错错码是成成串集中中出现的的,而且且在短促促的时间间段之间间存在较较长的无无错码区区间。把把既存在在随机错错码又存存
8、在突发发错码的的的信道道称为混混合信道道。对于于不同类类型的信信道,应应该采用用不同的的差错控控制技术术。1.1纠纠错编码码原理我们把信信息码分分组,为为每组信信息码附附加若干干监督码码的编码码称为分分组码(bloock codde).在分组组码中,监监督码元元仅监督督本码组组中的信信息码元元。分组组码一般般用符号号(n,kk)表示,其其中n是是码组的的总位数数,又称称为码组组的长度度(码长长),kk是码组组中信息息码元的的数目,nn-k=r为码码组中的的监督码码元的数数目,或或者称为为监督位位数目,分分组码的的结构如如图2示示,图中中前k位位为信息息位,后后面附加加r个监监督位。其其中ann
9、-1到到ar为k个个信息位位,arr-1到到a0为r个个监督位位。 an-11an-22arar-11ao图4 分组组码的结结构 在分组组码中,把把码组中中“1”的个数数称为码码组的重重量,简简称码重重。把两两个码组组中对应应位上数数字不同同的位数数称为码码组的距距离,简简称为码码距,码码距又称称为汉明明距离。我我们把某某种编码码中各个个码组之之间距离离的最小小值称为为最小码码距(dd0)。一种编码码的最小小距离的的大小直直接关系系着这种种编码的的检错与与纠错能能力:1.1.1 为为检测ee个错码码,要求求最小码码距d00大于等等于e+1;1.1.2 为为了纠正正t个错错码,要要求最小小码距d
10、d0大于等等于2tt+1;1.1.3 为为纠正tt个错码码同时检检测e个个错码,要要求最小小码距dd0大于等等于e+t+11(et).1.1.3.11汉明码码主要应应用领域域有以下下三点:1.1.3.22钢丝绳绳张力检检测系统统随着现代代通信技技术和计计算机技技术的高高速发展展,无线线数字通通信的应应用越来来越广泛泛.钢丝丝绳张力力检测系系统将数数字无线线通信、测测量和计计算机技技术结合合在一起起,其功功能是将将电梯、缆缆车或提提升机钢钢丝绳张张力检测测信息转转换成数数字信号号,通过过无线方方式传送送给控制制中心,由由控制中中心对原原始数据据进行处处理、分分析和计计算,输输出人们们想要的的结果
11、,做做出相应应的判断断与控制制。因此此,钢丝丝绳张力力的检测测系统对对使用钢钢丝绳的的提升设设备的安安全运行行起着至至关重要要的作用用。1.222数字存存储系统统 随随着PCC机的日日益普及及,存储储对象的的日渐多多元化,用用户对存存储需求求不断升升级,如如何保证证数据稳稳定、高高速传输输?RAAID (”Reddunddantt Arrrayy off Inndeppenddentt Diisk”)独立冗冗余磁盘盘阵列解解决了这这个难题题,并且且成为目目前存储储的主流流技术。RAID之所以实现数据高速、可靠的传输,一个关键的核心技术就是应用了一定的差错控制编码技术。在RAID 众多系列中最复
12、杂的RAID 2中就采用了”汉明码(Hamming Code)差错控制编码技术”,它在数据存储及移动过程中进行差错控制,对传输过程中出现的的差错自自动进行行纠正,保保证了数数据传输输的安全全可靠性性。1.1.3.33保密通通信技术术 随随着计算算机网络络的发展展及应用用的普及及,特别别是在军军事指挥挥,情报报系统,银银行系统统的应用用,通信信的可靠靠性及保保密性要要求越来来越高,这这就要求求研制新新的高可可靠性及及保密性性通信技技术。接接收端不不仅能从从接收到到的信息息中检测测出传输输过程中中的错误误而且能能纠正之之。针对对IBMM-PCC微计算算机之间间通信过过程中的的纠错技技术提出出了一种
13、种在通信信计算机机之间不不增加任任何硬件件设备的的情况下下,仅用用编写一一段纠错错编码(发送端端)和纠错错译码(接收端端)的软件件方法达达到计算算机通信信纠错和和保密的的目的,即即利用汉汉明码编编码实现现检错、纠纠错的具具体方案案,这样样做的优优点是:在保持持一定功功能和相相应速度度的前提提下,采采用软件件方法,不不仅可以以提高通通信过程程的可靠靠性,而而且还可可以提高高通信系系统本身身的可靠靠性。2、汉明明码、汉汉明码编编译码及及其原理理介绍2.1汉汉明码的的定义:若一致致监督矩矩阵H 的列是是由不全全为0且互不不相同的的所有二二进制mm(m2的正整整数)重组成成,则由由此H矩阵得得到的线线
14、性分组组码称为为2m-1,2m-1-m,3汉明明码。2.2汉汉明码的的构造特特点:2.2.1绐定一一个m,我们们由二进进制m 重组成成线性分分组码的的监督矩矩阵H,由二二进制mm重来标标定一个个发生错错误的位位置。由由此可知知,二进进制m 重共有有2 种位位组合,去去掉一个个全为00的位组组合,则则余下共共有2m-1种位组组合。故故汉明码码的最大大码长nn=2m-1。2.2.2由上面面分析,我我们可以以知道:m 即是是汉明码码监督位位的位数数。故一一个汉明明码中,信信息位的的位数kk=nm=2m-1-m2.2.3汉明码码的距离离为3,因此此可以纠纠正1位位错误,检检出2位位错误。2.3汉汉明码
15、编编码:Hammmingg码中文文称作汉汉明码。汉汉明码是是由汉明明于19950年年提出的的,具有有纠正一一位错误误能力的的线性分分组码它它的突出出特点是是:编译译码电路路简单,易易于硬件件实现;用软件件实现编编译码算算法时,软软件效率率高;而而且性能能比较好好.2.3.1汉明码码编码的的主要算算法:汉明码的的编码就就是如何何根据信信息位数数k,求出出纠正一一个错误误的监督督矩阵HH,然后后根据HH求出信信息位所所对应的的码字。构构造汉明明码监督督矩阵HH的方法法很多,这这里仅介介绍一种种。a.根据据已知的的信息位位数k,从汉汉明不等等式中求求出校验验位数mm=n-k;b.在每每个码字字C:(
16、C1,C2,C2mm -11)中,用用c02 ,cc12 ,ccn-112作为监监督位,剩剩下的位位作为信信息位;c.用二二进制数数字表示示2m-1列,得得到2m-1列和和m行监督督矩阵HH;d.用33步的HH形成HHCT =00,从而而得出mm个监督督方程;e.将已已知的信信息代入入方程组组,然后后求出满满足上述述方程组组的监督督位c (i=0,1,m一1)。例如,用用以上方方法,很很容易求求出77,4,3汉明明码的监监督矩阵阵:1 1 1 00 1 0 00 H= 11 1 0 11 0 1 00 11 0 1 11 0 0 11及编码所所对应的的码字为为C=00110001。2.4(7,
17、44)汉明明码的编编码原理理2.4.1 基本本构造对于码组组长度为为n、信息息码元为为k位、监监督码元元为rnk位的分分组码,常常记作(n,k)码,如果满足2r1n,则有可能构造出纠正一位或一位以上错误的线性码。下面我们们通过(7,4)汉明码的例子来说明如何具体构造这种码。设分组码(n,k)中,k = 4,为能纠正一位误码,要求r3。现取r3,则nkr7。我们用a0ala2a3a4a5a6表示这7个码元,用S1、S2、S3表示由三个监督方程式计算得到的校正子,并假设三位S1、S2、S3校正子码组与误码位置的对应关系如表1所示。S1S22S3错码位置置S1S22S3 错错码位置置 0001a0
18、1001a4 0100al 1110a5 1000a2 1111a6 0111a3 0000 无错码码 表11 校正子子和错码码位置关关系由表可知知,当误误码位置置在a2、a4、a5、a6时,校校正子SS11;否则则S10。因此此有S1a6a5a4a2,同理理有S2a6a5a3a1和S3a6a4a3a0。在编编码时aa6、a5、a4、a3为信息息码元,a2、a1、a0为监督码元。则监督码元可由以下监督方程唯一确定a6aa5a4a2 = 0a6aa5a3a1 = 0 (1.11.1)a6aa4a3a0 = 0也即a2aa6a5a4a1aa6a5a3 ( 1.11.2)a0 = a6a4a3由上面
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- 汉明码 译码 CPLD 实现 czdi
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