移动通信实验线性分组码卷积码实验.docx

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移动通信实验线性分组码卷积码实验

实验二抗衰落技术实验（4学时）

1.线性分组码实验

2.卷积码实验

姓名：

学号：

班级：

日期：

成绩：

1、线性分组码实验

一、实验目的

了解线性分组码在通信系统中的意义。

掌握汉明码编译码及其检错纠错原理，理解编码码距的意义。

二、实验模块

主控单元模块

2号数据终端模块

4号信道编码模块

5号信道译码模块

示波器

三、实验原理

1、实验原理框图

汉明码编译码实验框图

2、实验框图说明

汉明码编码过程：

数字终端的信号经过串并变换后，数据进行了分组，分组后的数据再经过汉明码编码，数据由4bit变为7bit。

注：

为方便对编码前后的数据进行对比观测，本实验中加入了帧头指示信号。

帧头指示信号仅用于线性分组码编码时将输入信号的比特流进行分组，其上跳沿指示了分组的起始位置。

四、实验步骤

（注：

实验过程中，凡是涉及到测试连线改变或者模块及仪器仪表的更换时，都需先停止运行仿真，待连线调整完后，再开启仿真进行后续调节测试。

）

任务一汉明码编码规则验证

概述：

 本项目通过改变输入数字信号的码型，观测延时输出，编码输出及译码输出，验证汉明码编译码规则。

1、登录e-Labsim仿真系统，创建实验文件，选择实验所需模块和示波器。

2、按表格所示进行连线。

3、调用示波器观测2号模块的DoutMUX和4号模块的编码输出TH4编码数据，

源端口

目的端口

连线说明

模块2：

TH1（DoutMUX）

模块4：

TH1（编码输入-数据）

编码信号输入

模块2：

TH9（BSOUT）

模块4：

TH2（编码输入-时钟）

提供编码位时钟

模块2：

TH10（辅助观测帧头指示）

模块4：

TH3（辅助观测-帧头指示）

编码帧头指示

模块4：

TH4（编码输出-编码数据）

模块5：

TH1（译码输入-数据）

将数据送入译码

模块4：

TH5（编码输出-时钟）

模块5：

TH2（译码输入-时钟）

提供译码时钟

模块4：

TH6（延时输出1）

模块5：

TH7（辅助观测-NRZD-IN）

延时输出

4、即对比观测编码前后的码元。

4、运行仿真，开启所有模块的电源开关。

5、设置主控菜单，选择【主菜单】→【移动通信】→【线性分组码实验】→【无误码】。

将2号模块的拨码开关S12#拨为10100000，拨码开关S22#、S32#、S42#均拨为00000000；

6、此时系统初始状态为：

2号模块提供32K编码输入数据，4号模块进行汉明码编码，无差错插入模式，5号模块进行汉明码译码。

7、实验操作及波形观测。

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

设置2号模块拨码开关S1前四位，观测编码输出并填入下表中：

输入

编码输出

输入

编码输出

α6α5α4α3

α6α5α4α3α2α1α0

α6α5α4α3

α6α5α4α3α2α1α0

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

0000000

0001011

0010101

0011110

0100110

0101101

0110011

0111000

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

1000111

1001100

1010010

1011001

1100001

1101010

1110100

1111111

任务二汉明码检纠错性能检验

概述：

 本项目通过插入不同个数的错误，观测译码结果与输入信号验证汉明码的检纠错能力。

1、保持任务一中的连线。

2、在主控模块中，选择【插入1个误码】。

3、对比观测译码结果与输入信号，验证汉明码的纠错能力。

5号模块TH3与5号模块TP2

1010能纠错

4、对比观测插错指示与误码指示，验证汉明码的检错能力。

4号模块TP2与5号模块TP2

能检错

5、在主控模块中，选择逐一选择其他插入误码模式，如【插入2个误码】、【插入3个误码模式一】、【插入3个误码模式二】。

重复以上观测，验证汉明码的检纠错能力。

5号模块TH3与5号模块TP2

纠错能力：

【插入2个误码】不能纠错

【插入3个误码模式一】不能纠错

【插入3个误码模式二】不能纠错

检错能力：

【插入2个误码】能检错

【插入3个误码模式一】能检错

【插入3个误码模式二】不能检错

6、将示波器触发源通道（CH1）接4号模块的TP1帧同步信号，示波器另外一个通道（CH2）接TP2插错指示，可以观测插错的位置。

【插入1个误码】

五、实验报告

1、根据实验测试记录，完成实验表格；

2、分析实验电路的工作原理，简述其工作过程；

以4个数据位举例：

数字终端的信号经过串并变换后，数据进行了分组，分组后的数据再经过汉明码编码，数据由4bit变为7bit。

增加了3个冗余位，也是奇偶校验位。

然后再次经过并串转换后进行数据传输；接收到的数据先进行串并转换分为三个小组，然后进行汉明码译码，通过对每个小组进行奇偶校验，完成检错和纠错。

最后通过并串转换得到最终的数据。

为方便对编码前后的数据进行对比观测，本实验中加入了帧头指示信号。

帧头指示信号仅用于线性分组码编码时将输入信号的比特流进行分组，其上跳沿指示了分组的起始位置。

3、分析汉明码实现检错及纠错的原理。

以接收到的数据为7bit为例，从左到右的位数分别以二进制表示：

001，010，011，100，101，110，111。

三位二进制以某一位为1可分为三组，第一组为001，011，101，111；第二组为010，011，110，111；第三组为100，101，110，111。

将每个小组中二进制所代表的位数（1~7）中的值（0或1）拿出来（每组共4个值），进行奇偶校验，以奇校验为例，1的个数为奇数标0，偶数标1，最后倒叙查看纠错。

如：

第一组1为奇数标0，第二组为偶数标1，第三组为偶数标1，最后得到110，即第六位数据错误。

六、实验小结

通过本次动手实验,借助虚拟仿真平台,加深了编码译码的理解和操作的能力,直观的体会到了课本上讲的知识.

对移动通信中的编译码原理有了更深入的认识，明白了汉明码的检错纠错能力和其与最小码距的原理，对移动通信技术有了更深入的认知。

2、卷积码实验

一、实验目的

了解信道编码在通信系统中的重要性；

掌握卷积码编译码的原理；

二、实验模块

主控单元模块

4号信道编码模块

5号信道译码模块

2号数据终端模块

示波器

三、实验原理

1、实验原理框图

卷积码实验框图

2、实验框图说明

卷积编码：

卷积编码并没有分组成帧的概念。

但由于当卷积编码长度增加时，译码的运算量成几何量增加。

因此，我们需要对卷积码规定一个帧长度。

这里我们规定的帧长度为248bit。

为了方便找到帧头，因此，在每一帧的最前面加入11位的巴克码作为帧同步码（最前面还添加了一个0）。

248bit经卷积编码后是504bit，加上帧同步码及前面的0，共516bit。

这样在速率上很难处理。

所以我们需要扣码。

扣码是利用了卷积码纠错能力强的特点，将编码后的504bit每隔25bit扣除一个码，共扣除20bit。

这样最终成帧的长度是496bit，刚好是输入信号速率的2倍，这样时序上很容易处理。

卷积译码：

首先，要进行帧同步提取。

提取到帧同步后，将每一帧数据缓存后进行处理。

当缓存1帧数据后，由于编码时进行了扣码，所以这里需要恢复扣码。

将484bit每25bit插入1个0，然后再进行维特比译码。

四、实验步骤

（注：

实验过程中，凡是涉及到测试连线改变或者模块及仪器仪表的更换时，都需先停止运行仿真，待连线调整完后，再开启仿真进行后续调节测试。

）

任务一卷积码编码规则验证

概述：

本项目通过观察并记录编码输入与输出波形，验证卷积码编码规则。

1、登录e-Labsim仿真系统，创建实验文件，选择实验所需模块和示波器。

2、按表格所示进行连线。

源端口

目的端口

连线说明

信号源：

CLK

模块4：

TH2（编码输入-时钟）

提供编码位时钟

信号源：

PN

模块4：

TH1（编码输入-数据）

编码信号输入

3、调用示波器观测信号源模块的“PN”和4号模块的编码输出“编码数据TH，即观测原始码元和卷积编码输出信号。

4、运行仿真，开启所有模块的电源开关。

5、设置主控菜单，选择【主菜单】→【移动通信】→【卷积码实验】。

在“卷积及交织误码设置”界面中，先选择【无误码】。

此时系统初始状态为：

编码输入8K数据，进行卷积编码，无差错插入模式。

6、观察原始码元和卷积编码输出码元。

原始码元TH1和卷积编码输出码元TH4

任务二卷积码检纠错性能检验

概述：

本项目通过插入不同个数不同位置的误码，观察译码结果与输入信号验证卷积码的检纠错能力。

1、关闭仿真，保持任务一连线不变，继续按表格所示进行连线。

源端口

目的端口

连线说明

模块4：

TH4（编码输出-编码数据）

模块5：

TH1（译码输入-数据）

送入译码

模块4：

TH5（编码输出-时钟）

模块5：

TH2（译码输入-时钟）

译码时钟

模块4：

TH6（辅助观测-延时输出1）

模块5：

TH7（辅助观测-NRZD-IN）

延时观测

（注：

模块4的延时输出1和模块5的延时输出2都是辅助观测点，延时时长分别是编码所需时间和译码所需时间。

）

2、调用示波器观测信号源模块的“PN”和5号模块的译码输出“译码数据TH，即观测原始码元和卷积译码输出信号。

3、运行仿真，开启所有模块的电源开关。

4、设置主控菜单，选择【主菜单】→【移动通信】→【卷积码实验】。

在“卷积及交织误码设置”界面中，先选择【无误码】。

此时系统初始状态为：

输入数据为8K，通过模块4进行卷积编码，再经过模块5完成卷积译码。

5、观察并记录原始码元和卷积译码恢复的码元，看是否一致。

由图可知：

波形一致

6、调用示波器观测4号模块的“插错指示”和5号模块的“误码指示”。

7、进一步在主控模块中进行误码设置，分别选择【随机错】、【突发错】两种情况。

观测插错指示和误码指示情况。

并对比译码结果与输入信号，验证卷积码的纠错能力。

【随机错】插错指示和误码指示

【突发错】插错指示和误码指示

【随机错】译码结果与输入信号

【突发错】译码结果与输入信号

由图可知：

卷积码能纠正随机错，而不能纠正突发错。

五、实验报告

1、观察和记录实验波形，验证卷积码检错及纠错能力。

2、简述卷积码在生活中的应用。

无线通信，移动通信如GSM

六、实验小结

通过本次实验学习了卷积码的编译码原理，观察和记录了实验波形，验证了卷积码的检错及纠错能力。