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1、 课程设计报告题 目： 汉明码编译码器仿真设计 学生姓名： 学生学号： 系 别： 专 业： 届 别： 指导教师： 汉明码编译码器仿真设计1 课程设计任务 汉明码是一种能够纠正一位错码或检测两位错码的一种效率较高的线性分组码。本次课程设计的任务就是利用Systemview 软件实现（7，4）汉明码的编译码器的仿真设计。进一步分析该系统的性能。2 汉明码编译码原理的研究背景在通信编码方面，其发展的速度是非常快的，而且未来的发展空间还很巨大。20世纪40年代才开始形成编码原理。数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统数字通信系统设计的问题很多，其中编码是数字通信系统必不可少的模块。编码包括信源
2、编码和信道编码，信源编码有两个基本功能：一是提高传输系统的有效性，即通过某种数据压缩技术减少码元数目和降低码元速率。码元速率决定传输所占的带宽，而传输带宽反应了信道的有效性。二是完成数模转换。信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力。信道编码对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分，组成所谓抗干扰编码。接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码从中发现错误或者纠正错误，提高通信系统的可靠性。我们把建立在数学基础上的编码称为代数码。在代数码中常见的是线性码。在线性码中信息位和监督位是由一些线性代数方程联系着的，或者说线性码是按照一定的线性方程构成的。汉明码是1950年由美国贝尔实验室提出来的，是第
3、一个设计用来纠正错误的线性分组码，从20世纪50年代问世以来，在提高系统可靠性方面获得了广泛的应用。最先用于磁芯存储器，60年代初用于大型计算机，70年代在MOS存储器中得到应用，后来在中小型计算机中普遍采用，随着科技的发展，现代编码理论和大规模集成电路的应用，性能优良的编译码方法不断出现而实现成本不断降低，其应用已不局限语音、图像等方面，现在更多的是扩展到计算机存储系统、磁盘，甚至在移动通信及卫星通信中得到应用，而且人们研究的不仅仅是纠正一位错码，而倾向于纠正多位错码。扩展汉明码的研究以及杂交编码方式等性能更优良的系统正在研究当中1。3 汉明码编译码器的设计原理3.1 汉明码编译码器系统说明
4、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。分组码一般用符号（n，k）表示，其中k是信息码元的数目，n是编码组的总位数，又称为码组长度n-k为监督码元数目。以（7,4）汉明码为例介绍汉明码的编解码系统设计原理。其系统框图如下: 图1 系统框图3.2 汉明码编码原理设分组码（n，k）中k=4，为了纠正一位错码，监督位数r应大于等于3，这里我们去r=3.则n=k+r=7。用a6a4a3a2a1a0表示这七位码元，用s2s1s0表示三个监督关系式中的校正子，则s2s1s0的值与错码位置的对应关系可以规定为下标所示。自然，我们也可以规定成另外一种对应关系。由表中规定可见，仅当一位错码在a2
5、,a4,a5,a6时，校正子s2为1；否则s2为0.这就意味着a2,a4,a5,a6构成偶数监督关系式2 (3-1) (3-2) (3-3) 表1 错误图样表 在发送端编码时，信息位a6，a5，a4，a3决定于输入信号，因此它们都是随机的。监督位a2，a1，a0根据信息位的取值按监督关系来确定，即监督位应使s2s1s0的值为0，即： (3-4) (3-5) (3-6)由上三式经过移项运算，解出监督位 (3-7) (3-8) (3-9) 给定信息位后，可以直接按上述监督关系式式算出监督位，其结果如表2所示 表2 监督位计算结果汉明码编码流程图：图2 编码流程图3.3汉明码译码原理 译码时在接收端
6、对收到的信息位进行再编码产生新的监督码a2a1a0与接收到的监督码进异或；将其输入3-8译码器3译码输入线。则其对应的输出为y7y6y5y3。译码器的输出端y7y6y5y3分别与信息元a6，a5，a4，a3异或，若无错则a2a1a0与a2a1a0应相同异或结果为000则3-8译码器的输出位y0为o；若a2a1a0与a2a1a0不同异或结果必不为0.再根据错码位置便可确定误码的位置并纠错。由于3-8译码器为低电平有效，所以只需把y0接入误码分析，当接受到的码组无错时y0为0表示在编译码中没有错误产生；若y0为1说明收到的码组在传输过程中产生了错误.汉明码译码流程图如下4： 图3 译码流程图4 汉
7、明码编译码器电路仿真4.1 Systemview简介Systemview是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系统仿真分析的可视化软件工具。它界面友好，使用方便。使用它，用户可以用图符去描叙自己的系统，无需与复杂的程序语言打交道，不用写代码即可完成各种系统的设计与仿真。Systemview的图符资源十分丰富，包括基本库和专业库。基本库中包括加法器，乘法器，多种信号源，接收器，各种函数运算器等，专业库有通信、逻辑、数字信号处理等特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。Systemview能自动执行系统连接检查，给出错误连接信息或者尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并
8、通过显示找出出错的位置5。安装好Systemview软件，打开后如图所示：图4 Systemview界面完成仿真电路时可以通过左边图库选择所需的图符，通过工具栏的接线按钮可以连接个图符，系统完成之后，仿真之前需设置系统定时窗口中的参数，设置好之后单击运行按钮即开始仿真，可通过分析窗口观察仿真结果。4.2 汉明码编译码器仿真电路系统各图符参数设置如下：表3 系统图符参数设置图符编号库/图符名称 参数89-92、67-69、83、86Sink：SystemView85-88Source：PN SeqAmplitude:1 Offect:0 Rate:10Hz Phase:0 NoLevels :2
9、93-96、73、101Operator：SamperSampere Rate：250Hz Aperture（sec）：0 Jitter（sec）：052-57、77-78、80-81Logic：XORGate Delay（s）：0 False Output（v）：-1Threshold（v）：500e-3 Rise Time（s）：0True Output(v):+1 Fall Time(s)：062-65、71、98Logic：InvertGate Delay（s）：0 False Output（v）：-1Threshold（v）：500e-3 Rise Time（s）：0True Out
10、put(v):+1 Fall Time(s)：012-15、35-41、84、99Meta I/O:Input25-31、105-111、58-62Meta I/O:Ouput103编码子系统 104译码子系统 102Adder 100Source：GaussNoiseSet Deviation（v）：1 Mean（v）：0 70Logic:Mux-D-8Gate Delay（s）：0 False Output（v）：-1Threshold（v）：500e-3 Rise Time（s）：0True Output(v):+1 Fall Time(s)：0 72Source：Step FctAmp
11、litude（v）：5 Start Time（sec）：0Offset（v）：0汉明码编译码器仿真电路总图：图5 电路总图汉明码编译码器编码模块：图6 编码模块汉明码编译码器译码模块：图7 译码模块汉明码编译码器仿真结果： 图符66和89波形，89为输入波形，66为译码后波形图8 a6输入波形图9 a6 输出波形 图符67和90波形，90为输入波形，67为译码后波形图10 a5输入波形图11 a5输出波形 图符68和91波形，91为输入波形，68为译码后波形图12 a4输入波形图13 a4输出波形 图符69和92波形，92为输入波形，69为译码后波形图14 a3输入波形图15 a3输出波形 图
12、符83为错误指示图16 a3误码指示4.3 结果分析 PN信号源频率为10HZ，采样频率应该大于等于20HZ，我选择了250HZ，所以在加入高斯白噪声的时候为了保证加法器的输入频率一致我将噪声的采样频率也设为250HZ，同理我也将图符72阶跃函数的采样频率设为250HZ，具体参数设置如表3所示。完成仿真电路后，设置系统定时，将采样频率设为250HZ,采样点为200，更新之后进行运行操作，观察结果，89,90,91,92为输入的四位汉明码，66，67,68,69为译码波形，结果如表4所示。从结果可以看出输入信号在经过有扰信道后得到了正确输出。此系统完成了汉明码的编码解码。经过测试此电路只能应用于
13、纠正一位错码，如果电路中有两位错码时译码将不再有效。但是可以看出汉明码是能够纠正一位错码的高效率码型。 表4 输入输出对比 5 结论 根据设计要求，我按时完成了课程设计的任务。用Systemview软件实现了汉明码编译码系统的设计与仿真。完成了汉明码编码解码要求，同时对该系统性能做出了评估。本次设计内容主要包括：1.对汉明码编译码原理的掌握及其发展背景和前景的了解；2.用Systemview软件进行系统设计，包括编码设计，解码设计以及纠错检错设计；3.对仿真结果进行分析。 在这次课程设计中独立完成设计内容，期间遇到不少问题，比如在使用3-8译码器时没有弄清其结构，这使我明白理论的重要性，不能急
14、于求成，耐心研究才是出真知的唯一法宝。在设计中深深体会到自己见解及理论知识的浅薄。在今后一定会努力增长自己知识面，学习更多知识。设计中老师的不断提点对我的设计影响颇深。参考文献1 李东生,左洪浩等 .Systemview系统设计及仿真入门与应用M.北京：电子工业出版社，2002:2-3.2樊昌信等. 通信原理 ( 第六版) M.北京：国防工业出版社，2011:335-340.3康华光等.电子技术基础数字部分（第5版）M.北京：高等教育出版社,2005,143-148.4孙屹.Systemview通信仿真开发手册M.北京：国防工业出版社,2004:280-286.5戴志平.Systemview数
15、字通信系统仿真设计M.北京：北京邮电大学出版社，2011:2-4.6王英等.低通信号的采样与重建及其systemview仿真J.现代电子技术，2006,29（14）:130-133.7青松等.数字通信系统的Systemview仿真与分析M.北京：电子工业出版社，2001:94-104.8罗卫兵等.Systemview动态系统分析及通信系统仿真设计M.西安：西安电子科技大学出版社，2001:127-136.9李文生等.低压电器J.中山：电子电子科技大学中山学院，2008,20:13-17.10方国涛.基于FPGA的汉明码编译码系统J.信息技术,2010,07.指导教师评语成绩评定指导教师签字：年 月 日答辩小组评语成绩评定答辩小组签字：年 月 日14
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