信息论与编码实验书

1、实验指导书 信息论与编码浙江求是科教设备有限公司2010年11月目 录实验一 数字基带信号实验1实验二 码型变换11实验三 5B6B编译码实验15实验四 汉明码编码实验20实验五 汉明码编译码实验二23实验六 话音信号多编码通信系统实验29实验七 帧同步实验32实验八 数字多路数据单路传输实验38实验九 全数字锁相环与位同步实验42实验十 噪声及其对通信系统的干扰实验4851实验一 数字基带信号实验一、实验目的 1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。 2、掌握AMI、HDB3的编码规则。 3、掌握从HDB3码信号中提取位同步信号的方法。4、掌握集中插入帧同步码时分复用

2、信号的帧结构特点。5、了解HDB3（AMI）编译码集成电路CD22103。二、实验要求 通过本实验了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点；掌握AMI、HDB3的编码规则；掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。三、实验原理 本实验使用数字信源模块、HDB3/AMI编译码模块。1、数字信源图1-1 数字信源方框图 本模块是整个实验系统的发终端，其原理方框图如图1-1所示。本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170.5KB，帧结构如图1-2所示。帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。此NRZ

3、信号为集中插入帧同步码时分复用信号。发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示0码。 图1-2 帧结构本模块有以下测试点及输入输出点： CLK晶振信号测试点 BS-OUT信源位同步信号输出点/测试点 FS信源帧同步信号输出点/测试点 NRZ-OUTNRZ信号输出点/测试点 图1-3为数字信源模块的电原理图。图1-1中各单元与图1-3中的元器件对应关系如下： 晶振CRY：晶体；U1：反相器74LS04 分频器U2：计数器74LS161；U3：计数器74LS193； U4：计数器74LS160 并行码产生器 K1、K2、K3：8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数据1、数据2相对应；发光二极管左起分别

4、与一帧中的24位代码相对应 八选一U5、U6、U7：8位数据选择器74LS151 三选一U8：8位数据选择器74S151 倒相器U20：非门74LS04 抽样U9：D触发器74HC74 下面对分频器，八选一及三选一等单元作进一步说明。 （1）分频器 74LS161进行13分频，输出信号频率为341kHz。74LS161是一个4位二进制加计数器，预置在3状态。 BS为位同步信号，频率为170.5kHz。S1、S2、S3为3个选通信号，频率分别为BS信号频率的1/2、1/4和1/8。74LS193是一个4位二进制加/减计数器，当CPD= PL =1、MR=0时，可在Q0、Q1、Q2及Q3端分别输出

5、上述4个信号。 74SL160是一个二一十进制加计数器，预置在7状态，完成3运算，在Q0和Q1端分别输出选通信号S4、S5，这两个信号的频率相等、等于S3信号频率的1/3。 分频器输出的S1、S2、S3、S4、S5等5个信号的波形如图1-4（a）和1-4（b）所示。 （2）八选一 采用8路数据选择器4512，它内含了8路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器，其真值表如表1-1所示。U5、U6和U7的地址信号输入端A、B、C并连在一起并分别接S1、S2、S3信号，它们的8个数据信号输入端D0 D7分别K1、K2、K3输出的8个并行信号连接。由表1-1可以分析出U5、U6、U7输出信号都是码速率为

6、170.5KB、以8位为周期的串行信号。表1-1 74LS151真值表CBASTRY0000x00010x10100x20110x31000x41010x51100x61110x710 （3）三选一三选一电路原理同八选一电路原理。S4、S5信号分别输入到U8的地址端A和B，U5、U6、U7输出的3路串行信号分别输入到U8的数据端D3、D0、D1，U8的输出端即是一个码速率为170.5KB的2路时分复用信号，此信号为单极性不归零信号（NRZ）。图1-4 分频器输出信号波形 （4）倒相与抽样图1-1中的NRZ信号的脉冲上升沿或下降沿比BS信号的下降沿稍有点迟后。在实验二的数字调制单元中，有一个将绝

7、对码变为相对码的电路，要求输入的绝对码信号的上升沿及下降沿与输入的位同步信号的上升沿对齐，而这两个信号由数字信源提供。倒相与抽样电路就是为了满足这一要求而设计的，它们使NRZ-OUT及BS-OUT信号满足码变换电路的要求。图1-3 数字信源电原理图 FS信号可用作示波器的外同步信号，以便观察2DPSK等信号。FS信号、NRZ-OUT信号之间的相位关系如图1-5所示，图中NRZ-OUT的无定义位为0，帧同步码为1110010，数据1为11110000，数据2为00001111。FS信号的低电平、高电平分别为4位和8位数字信号时间，其上升沿比NRZ-OUT码第一位起始时间超前一个码元。图1-5 F

8、S、NRZ-OUT波形2. HDB3编译码 原理框图、电原理图分别如图1-6和图1-7所示。本单元有以下测试点及输出点： NRZ_IN 编码器输入信号 BS_IN位同步输入信号 NRZ_OUT译码器输出信号 BS- OUT锁相环输出的位同步信号 （AMI）HDB3 编码器输出信号 （AMI）HDB3-D （AMI）HDB3整流输出信号 图1-6 HDB3编译码方框图 本模块上的开关K4用于选择码型，K4位于右边（A端）选择AMI码，位于左边（H端）选择HDB3码。 图1-6中各单元与图1-7各单元器件的对应关系如下： HDB3编译码器U9：HDB3编译码集成电路CD22103A 单/双极性变换

9、器U10：模拟开关4052 双/单极性变换器U13：非门74HC04 相加器U14：或门74LS32 带通U11、U12：运放UA741 限幅放大器U15：运放LM318 锁相环U16：集成锁相环CD4046 图1-7 HDB3编译码电路图下面简单介绍AMI、HDB3码编码规律。 AMI码的编码规律是：信息代码1变为带有符号的1码即+1或-1，1的符号交替反转；信息代码0的为0码。AMI码对应的波形是占空比为0.5的双极性归零码，即脉冲宽度与码元宽度（码元周期、码元间隔）TS的关系是=0.5TS。 HDB3码的编码规律是：4个连0信息码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻V码中间有奇数个

10、信息1码时取代节为000V，有偶数个信息1码（包括0个信息1码）时取代节为B00V，其它的信息0码仍为0码；信息码的1码变为带有符号的1码即+1或-1；HDB3码中1、B的符号符合交替反转原则，而V的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻V码的符号又是交替反转的；HDB3码是占空比为0.5的双极性归零码。 图1-8 NRZ、AMI、HDB3关系图CD22103的引脚及内部框图如图1-10所示，引脚功能如下：图1-10 CD22103的引脚及内部框图（1）NRZ-IN 编码器NRZ信号输入端；（2）CTX 编码时钟（位同步信号）输入端；（3）HDB3/ AMI 码型选择端：接TTL高电平时，选择H

11、DB3码；接 TTL低电平时，选择AMI码；（4）NRZ-OUT HDB3译码后信码输出端；（5）CRX 码时钟（位同步信号）输入端；（6）RAIS 告警指示信号（AIS）检测电路复位端，负脉冲有效；（7）AIS AIS信号输出端，有AIS信号为高电平，无ALS信号时为低电平；（8）VSS 接地端；（9）ERR 不符合HDB3/AMI编码规则的误码脉冲输出端；（10）CKR HDB3码的汇总输出端；（11）+HDB3-IN HDB3译码器正码输入端；（12）LTF HDB3译码内部环回控制端，接高电平时为环回，接低电平时为正常；（13）-HDB3-IN HDB3译码器负码输入端；（14）-HD

12、B3-OUT HDB3编码器负码输出端；（15）+HDB3-OUT HDB3编码器正码输出端；（16）VDD 接电源端（+5V）四、实验所用仪器1、双踪示波器一台2、通信原理型实验箱一台3、M6信源模块五、实验步骤与方法1、熟悉信源模块，AMI&HDB3编译码模块（由可编程逻辑器件模块实现）和HDB3编译码模块的工作原理。2、接通数字信号源模块的电源。用示波器观察数字信源模块上的各种信号波形。（1）示波器的两个通道探头分别接NRZ-OUT和BS-OUT，对照发光二极管的发光状态，判断数字信源单元是否已正常工作（1码对应的发光管亮，0码对应的发光管熄）；（2）用K1产生代码1110010（为任意

13、代码，1110010为7位帧同步码），K2、K3产生任意信息代码，观察本实验给定的集中插入帧同步码时分复用信号帧结构，和NRZ码特点。3、关闭数字信号源模块的电源,按照下表连线，打开数字信号源模块和AMI(HDB3)编译码模块电源。用示波器观察AMI(HDB3)编译单元的各种波形。源端口目的端口1 数字信源单元NRZ-OUTAMI(HDB3)编译码单元: NRZ-IN2 数字信源单元: BS-OUTAMI(HDB3)编译码单元: BS-IN（1） 示波器的两个探头CH1和CH2分别接NRZ-OUT和（AMI）HDB3，将信源模块K1、K2、K3的每一位都置1，观察并记录全1码对应的AMI码和H

14、DB3码；再将K1、K2、K3置为全0，观察全0码对应的AMI码和HDB3码。观察AMI码时将开关K1置于A端，观察HDB3码时将K1置于H端，观察时应注意编码输出（AMI）HDB3比输入NRZ-OUT延迟了4个码元。（2）将K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000态，观察并记录对应的AMI码和HDB3码。（3） 将K1、K2、K3置于任意状态，K4（码型选择开关）置A或H端，CH1接NRZ-OUT，CH2分别接（AMI）HDB3-D、BPF、BS-R和NRZ ，观察这些信号波形。观察时应注意： NRZ信号（译码输出）迟后于NRZ-OUT信号（编码输入）8

15、个码元。 AMI、HDB3码是占空比等于0.5的双极性归零码，AMI-D、HDB3-D是占空比等于0.5的单极性归零码。 BS-OUT是一个周期基本恒定（等于一个码元周期）的TTL电平信号。六、实验注意事项本实验中若24位信源代码中只有1个“1“码，则无法从AMI码中得到一个符合要求的位同步信号，因此不能完成正确的译码。若24位信源代码全为“0”码，则更不可能从AMI信号（亦是全0信号）得到正确的位同步信号。信源代码连0个数越多，越难于从AMI码中提取位同步信号（或者说要求带通滤波的Q值越高，因而越难于实现），译码输出NRZ越不稳定，而HDB3码则不存在这种问题。七、实验预习要求1、了解单极性

16、码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点；2、AMI、HDB3码编码规律；3、了解八选一及三选一分频器。八、实验报告要求及思考题1. 根据实验观察和纪录回答：（1）不归零码和归零码的特点是什么？（2）与信源代码中的“1”码相对应的AMI码及HDB3码是否一定相同？为什么？ 2. 设代码为全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，给出AMI及HDB3码的代码和波形。 3. 总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。4. 试根据占空比为0.5的单极性归零码的功率谱密度公式说明为什么信息代码中的连0码越长，越难于从AMI码中提取位同步信号，而HDB3码则不存在此问

17、题。实验二 码型变换一、实验目的 1. 了解传号反转码（CMI），双相码（BHP）,延迟调制码（MILLER）等基带信号波形特点。 2. 掌握传号反转码（CMI），双相码（BHP）,延迟调制码（MILLER）的编码规则。 3. 掌握传号反转码（CMI），双相码（BHP）,延迟调制码（MILLER）的译码规则。二、实验要求通过本实验了解传号反转码（CMI），双相码（BHP）,延迟调制码（MILLER）等基带信号波形特点；掌握传号反转码（CMI），双相码（BHP）,延迟调制码（MILLER）的编码规则； 掌握传号反转码（CMI），双相码（BHP）,延迟调制码（MILLER）的译码规则。三、实验原理

18、 本实验使用数字信源模块和可编程逻辑器件模块。 1CMI，BHP,MILLER编译码CMI,BHP,MILLER码的编码原理框图如图21，22。在可编程逻辑器件单元中，有以下测试点及输出点： GCLK1(83)4.433MHz时钟输入点 IO12位同步输入点 IO11NRZ输入点 IO79CMI编码输出 IO74BHP编码输出 IO73MILLER编码输出 IO63CMI译码输出 IO81BHP译码输出 IO76MILLER译码输出图2-3为各个码型的对应关系，注意，输出信号中除CMI编码输出外皆有一定延迟。 CMI码即为传号翻转码，“1”交替地用“00”和“11”来表示，而“0”则固定用“0

19、1”来表示，因此把信号从1位（bit）变成了2位（bit），属于二电平的NRZ的1B2B码型，这种码的特点是：（1）没有直流分量；（2）定时信号容易被提取，由波形可知。只要将负跳变取出即可作为定时信号；（3）有一定的纠错能力，因为在CMI码序列中只会有01和交替出现00或11，不会出现10或连续出现00或11，若出现就是错码。因此在低速的系统中选为传输码型。NRZBS01采样判决翻转反相合成CMI图21CMI的编码实现：在BS上升沿对NRZ取样，是1则输出一个BS周期的1或0，选择标准是与上一个采样值为1时输出的值相反，即上一次输出1则这一次输出0，反之亦然；采样值为0则将BS的一个周期取反后

20、输出。CMI码为“00”或“11”时对应NRZ的1，为“01”时对应NRZ的“0”，由此可知，在BS信号的上升沿和下降沿分别采样，对应CMI与NRZ的关系就可以将CMI译码为NRZ。注意，实际操作时为了避免采样出现冒险，使用延迟后的BS信号采样。BHP码又称双相码、反相码或Manchester码。它是用分别持续半个码元周期的正负电平组合表示信码“1”，用分别持续半个码元周期的负正电平组合表示信码“0”。双相码的主要特点是不管信码的统计特性如何，在每个码元周期中点都存在电平跳变，因此比较容易提取定时信号，而且因为每个周期中正负电平各占一半，所以没有直流分量。但是它的脉冲最小宽度时码元周期的一半，

21、所以它占用的带宽比相同周期的不归零码大一倍。BHP码的编码很简单，只要将NRZ码与BS的反相信号相异或即可。而它的译码需要用两倍BS频率的信号对其采样，“01”对应NRZ的“0”，“10”对应NRZ的“1”。Miller码又称延迟调制码，其编码规则为：信码“1”用“01”或“10”交替表示，信码“0”用“00”或“11”交替表示。它的主要特点是：(1)由编码规则可知，当信码序列出现“101”时，Miller码出现最大脉冲宽度为两个码元周期，而信码出现连“0时，它的最小脉冲宽度为一个码元周期，这一性质可用于进行误码检测。（2）比较双相码与Miller码的码型，可以发现后者是前者经过一级触发器得来

22、。由上述特点可知Miller码的编码过程：将NRZ编码为BHP码，再由BHP码经过一级触发器即得Miller码。Miller码的解码方法与BHP码相同，只要将判决条件改为NRZ与Miller码的对应关系即可。 图22图2-3四、实验仪器1. 双踪示波器一台2. 通信原理型实验箱一台3. M8:CPLD模块和M6:数字信号源模块4. PC机一台五、实验步骤与方法1接通CPLD模块的电源，下载光盘上CPLD下载目录下的“codec.pof”,详细下载步骤见附录二。断开CPLD模块电源，按照下表连线，再一次接通数字信源模块和CPLD单元的电源，用示波器观察各种码型编译码的信号波形。源端口目的端口数字

23、信源模块：NRZ-OUT可编程逻辑单元：IO-11数字信源模块：BS-OUT可编程逻辑单元：IO-12数字信源模块：CLK可编程逻辑单元：GCLK1（IO-83）1）示波器的CH1接在CPLD单元的IO11上，CH2依次接在IO79， IO74， IO73上，依次观察CMI，BHP和Miller码，并总结出这三种码型与NRZ码的关系。注意，BHP和Miller编码输出相对NRZ码输入有延迟，但不超过一个码元周期。2）示波器的CH1依次接在CPLD单元的IO79，IO74，IO73上，CH2对应依次接在IO63， IO81， IO76上，依次观察CMI，BHP和Miller码与其解码输出之间的对

24、应关系，并总结出这三种码型与NRZ码的关系。六、实验注意事项注意，译码输出相对编码输出有延迟，但不超过一个码元周期。七、实验预习要求熟悉数字信源模块和可编程逻辑器件模块的结构和功能。八、实验报告要求及思考题1设输入的NRZ码为：01001101001100110100010001010101，分别求出其对应的CMI，BHP，Miller码，并画出波形图。2设输入的CMI，BHP，Miller码为：01001101001100110100010001010101，分别求出其对应的NRZ码，并画出波形图。实验三 5B6B编译码实验一、实验目的1. 掌握5B6B的编码规则。2. 了解5B6B编码的优

25、点。3. 了解数字信号传输的基本原理。二、实验要求通过本实验掌握5B6B的编码规则、编码优点；了解数字信号传输的基本原理。三、实验原理1、5B6B编码介绍在5B6B码型中，每5位二元输入信息被编码成一个6位二元输出码组。由于五位二元码组只有32种组合，而6位二元码组有64种组合，因此可以充分利用这种冗余度来实现线路传输码应当具有的性能，在64种可能的输出码组中含有3个“1”和3个“0”的平衡码组共有20种，在其余的不平衡码组中，含4个“1”和2个“0”的码组有15种，含4个“0”和2个“1”的码组也用15个。其他14种不平衡码组由于“1”和“0”数相差过于悬殊而不予考虑。用这些码组构成一种双模

26、式的码型。为减小低频分量，应使编码后输出码组中“1”、“0”等概率出现。将输出码组中的“1”和“0”分别赋以代数值+1、-1，然后将各位码按代数值相加，由此得到的代数和称为输出码组的数字和（DS）。他可以用来度量“1”和“0”的平衡性，按各码组数字和的正负可将码组分成正模式码组和负模式码组。对于含有3个“1”和3个“0”的平衡码组来说，数字和为“0”，正负模式码组具有相同的形式。除了保证数字和应具有相反符号之外，在选择成对正负模式码组时还应考虑到使连“0”、连“1”及误码增殖越少越好。由于可以利用的码组共有20个平衡码组和15对不平衡码组，而实际上只需要32种，为此从不平衡码组中在删除1100

27、00，000011，001111和111100，从平衡码组的正模式中删除000111，从平衡码组的负模式中删除111000，这样，最终得到表3-1所示的5B6B编码转换表。按表3-1所得的5B6B码，有如下特点，最大连“0”或连“1”长度为5，相邻码元由“1”变“0”或由“0”变“1”的转移概率为0.5915。误码增值系数（单个传输误码在接收端译码后所产生的误码数）最大值为5，平均值为1.281。累计数字和在-3至+3范围内变化，即数字和的变差值为6，利用这一点可以在正常的工作状态下进行误码监测。在每个输出码组结束时，累计数字和不可能为+1或-1，这一特性可以用来建立分组同步，若分组同步没有正

28、确的实现，使输出码组被错误的划分，则每个输出码组结束时的累计数字和不可能出现+1和-1。多次出现错误的数字和时，分组同步位置移动一位，以搜索新的位置，平均来说移动3位即可建立正确的分组同步。表 3-1 5B6B 编码表输入二元码组输出二元码组正模式数字和负模式数字和0 0 0 0 01 1 0 0 1 001 1 0 0 1 00 0 0 0 0 11 1 0 0 1 1+21 0 0 0 0 1-2 0 0 0 1 01 1 0 1 1 0+21 0 0 0 1 0-2 0 0 0 1 11 0 0 0 1 101 0 0 0 1 10 0 0 1 0 01 1 0 1 0 1+21 0 0

29、 1 0 0-2 0 0 1 0 11 0 0 1 0 101 0 0 1 0 10 0 0 1 1 01 0 0 1 1 001 0 0 1 1 00 0 0 1 1 11 0 0 1 1 1+20 0 0 1 1 1-2 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1+21 0 1 0 0 0-2 0 1 0 0 11 0 1 0 0 101 0 1 0 0 10 0 1 0 1 01 0 1 0 1 001 0 1 0 1 00 0 1 0 1 10 0 1 0 1 100 0 1 0 1 10 0 1 1 0 01 0 1 1 0 001 0 1 1 0 00 0 1 1 0 11 0 1

30、 1 0 1+20 0 0 1 0 0-2 0 1 1 1 01 0 1 1 1 0+20 0 0 1 1 0-2 0 1 1 1 10 0 1 1 1 000 0 1 1 1 00 1 0 0 0 01 1 0 0 0 101 1 0 0 0 10 1 0 0 0 11 1 1 0 0 1+20 1 0 0 0 1-2 1 0 0 1 01 1 1 0 1 0+20 1 0 0 1 0-2 1 0 0 1 10 1 0 0 1 100 1 0 0 1 10 1 0 1 0 01 1 0 1 0 001 1 0 1 0 00 1 0 1 0 10 1 0 1 0 100 1 0 1 0 10

31、1 1 0 0 01 1 1 0 0 000 1 1 0 0 0-2 1 1 0 0 10 1 1 0 0 100 1 1 0 0 10 1 1 0 1 00 1 1 0 1 000 1 1 0 1 00 1 1 0 1 10 1 1 0 1 100 0 1 0 1 0-2 1 1 1 0 00 1 1 1 0 0+20 1 1 1 0 0-2 1 1 1 0 10 1 1 1 0 1+20 0 1 0 0 1-2 1 1 1 1 00 1 1 1 1 0+20 0 1 1 0 0-2 1 1 1 1 10 0 1 1 0 100 0 1 1 0 10当码速率低于200Mb/s时，二元码在低次

32、群光纤数字传输系统中仍具有最佳的系统性能。但在三次群或四次群以上速率时，1B2B类的二元码已经不在适用，其主要原因是频带利用率太低。5B6B综合考虑了频带利用率和设备复杂性。它增加了20%码速，但却换取了便于提取定时、低频分量小，可实时监测，迅速同步等优点。2、5B6B编码输入信号从数字信源引入，由于数字信源为24位的NRZ码，所以要先从24位的数据中截取5位作为输入。 实现编码用CPLD实现的。首先进行串并转换，之后根据表16-1把五位二元码，转换成相应的6位二元码。原理图如下：五位码元提取5B6B输入5B6B编码（EPM7128S）5B6B编码输出BS输入170.5K主时钟20.48M5B

33、6B编码读取时钟10分频CODE OUT NRZ_IN图3-1 5B6B编码框图 帧同步信号其中BS时钟用来接收NRZ信号，5B6B的读取时钟为BS的5/6倍，用来读取5B6B编码。3、5B6B解码解码时要有帧同步和位同步信号,解码原理框图如下：CODE IN输入5B6B解码（EPM7128S）解码NRZ_OUT5B6B编码读取时钟解码读取时钟帧同步信号图3-2 5B6B解码框图 OUT 四、实验仪器1. 双踪示波器一台2. 通信原理型实验箱一台3. M8:CPLD模块和M6:数字信号源模块4. PC机一台五、实验步骤与方法1. 熟悉5B6B的编码的基本原理。2. 接通CPLD单元电源，将光盘

34、中CPLD下载文件目录下名为“four2one.pof”的文件下载，详细步骤见附录二。3. 连线1）编码模块连线源端口目的端口数字信号源：FSCPLD单元：FS(IO34)数字信号源：NRZ-OUTCPLD单元：NRZ-IN(IO76)数字信号源：BS-OUTCPLD单元：BS-IN(IO73)实验箱：20.48MHzCPLD单元：IO83（CLK1）2）译码模块连线源 端 口目 的 端 口CPLD单元：5B6BOUT(IO75)CPLD单元：5B6BIN(IO74)4. 用示波器观察编译码模块的测试点输入NRZ，由于是位为一个码组，这五位分别对应这数字信源的，从左边起，第位，左边为高位，即第

35、位为最高位。拨为“”，与表相对应，用示波器观察测试点5B6BOUT，其输出应为“1 1 0 0 1 0”，拨为“0 0 0 0 1”，与表相对应，用示波器观察测试点5B6BOUT，其输出应为“1 1 0 0 1 1”和“1 0 0 0 0 1”交替出现，其他码组同上所说。在IO55可观察NRZ的译码输出，波形指示如下：NRZ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0BS 5B6BOUT1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 NRZ110 0 0 00 0 0 0BS5B6BOUT1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 六、实验注意事项 当码速率低于200Mb/s时，二元码

36、在低次群光纤数字传输系统中仍具有最佳的系统性能。但在三次群或四次群以上速率时，1B2B类的二元码已经不在适用，其主要原因是频带利用率太低。七、 实验预习要求了解5B6B的编码规则；了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。八、实验报告要求及思考题1、 设输入的NRZ码为：110010，10000，01111，用数字示波器观察波形，并画出波形图。2、 总结5B6B编码的特性和优越性。实验四 汉明码编码实验一、实验目的1、 掌握（8，4）汉明码的编码规则。2、 了解（8，4）汉明码编码的特点及纠错能力。3、 了解数字信道编码的基本原理。二、 实验要求通过本实验加深对（8，4）汉明

37、码的编码规则的理解；了解（8，4）汉明码编码的特点及纠错能力了解数字信道编码的基本原理。三、实验原理1、 汉明码编码介绍2、 线性分组码（n，k）中许用码字（组）为2k个。定义线性分组码的加法为模2和，乘法为二进制乘法。即1+1=0、1+0=1、0+1=1、0+0=0；11=1、10=0、00=0、01=0。且码字与码字的运算在各个相应比特位上符合上述二进制加法运算规则。3、 汉明码具有如下性质（n，k）的性质：一是封闭性，即任意两个码组的和还是许用的码组。二是码的最小距离等于非零码的最小码重。对于码组长度为n、信息码元为k位、监督码元为rnk位的分组码，常记作（n，k）码，如果满足2r1n，

38、则有可能构造出纠正一位或一位以上错误的线性码。 信息位监督位信息位监督位A7a6a5a4a3a2a1a0a7a6a5a4a3a2a1a000000000100011100001011110011001001010111010010100111100101100100100110111000011010110101101010001100110111010000111000111111111 表414、汉明码是一种高效的线形分组码。下面我们通过实验中采用的（8，4）汉明码为例来说明如何具体构造这种线性码。设分组码（n，k）中，k = 4，为能纠正一位误码，要求r3。现取r4，则nkr8。我们用a

39、7a6a5a4a3a2a1a0表示这8个码元，则最后产生码组如表191所示。5、汉明码是如何纠错的？在译码电路中，生成S1、S2、S3、S4这样四个校正子，分别为：S4= a0a1a2a3a4a5a6a7， S3=a7a6a4a2， S2=a7a5a4a1， S1=a6a5a4a0，形成这四个校正子的方程成为监督方程。并假设三位S1、S2、S3、S4校正子码组与误码位置的对应关系如表42所示。S4S3S2S1错码位置S4S3S2S1错码位置0000无错1110a41000a01101a51100a11011a61010a21111a71001a3其他错码两位以上 表42由表42可知，系统可以根

40、据校正子的状态判断此时是否有误码，误码有几位，从而实现纠错功能。 四、实验所用仪器1. 双踪示波器一台2. 通信原理型实验箱一台3. M8:CPLD模块和M6:数字信号源模块4. PC机一台五、实验步骤与方法1、熟悉汉明码编码的基本原理。2、打开可编程逻辑器件单元电源，将光盘中CPLD下载文件目录下名为“hanmindecode.pof”的文件下载，详细步骤见附录二。3、 连线，按照下表连线。把数字信号源的NRZ-OUT、BS-OUT分别连接NRZ_IN(IO-6)、BS_IN(IO-83)。源端口目的端口数字信源模块：NRZ-OUTCPLD单元：IO-6数字信源模块：BS-OUTCPLD单元

41、：IO-831、 用示波器观察编译码模块的测试点输入信号为NRZ信号，由于采用（8，4）汉明码，会将四个码编成八个码。当输入“0001”，时，编码输出为“00010111”。例如将NRZ输入信号设置为 “1000000，00000000，00000000”，实际编码输出为：“10001110，00000000，00000000，00000000,000000000,00000000”。可在IO-70(HMDECODE)观察编码波形，在IO-61(NRZ_OUT)可以观察到的译码之后信号的输出。仿真图形见图41。 图41六、实验主义事项 无七、实验预习要求 掌握分组码的特点，编码方法；了解冗余度

42、在通信系统中的作用；掌握（8,4）分组码的编码规则。八、实验报告要求及思考题1、总结汉明码的特点和优点。2、分析汉明码的纠错原理。实验五 汉明码编译码实验二一、实验目的1、掌握汉明编/译码规则，理解汉明码之编/译码器的设计原理2、掌握利用CPLD来制作汉明码的汉明码编/译码器的方法3、比较并分析汉明码中校正子对错误更正的影响二、实验要求通过本实验加深对汉明编/译码规则掌握，理解汉明码之编/译码器的设计原理；掌握利用CPLD来制作汉明码的汉明码编/译码器的方法三、实验原理在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响，接收端所收到的数字信号不可避免地会发生错误，往往采用信道编

43、码（即差错控制编码）来降低比特误码率以期满足系统指标要求。差错控制编码的基本思想是在发送端将被传输的信息附上一些监督码元，这些多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联（约束）。接收端按照既定的规则校验信息码元与监督码元之间的关系，一旦传输发生差错，则信息码元与监督码元的关系就受到破坏，从而接收端可以发现错误乃至纠正错误。本实验所介绍的是(7，4)汉明码，它是纠正所有单个错的高效率线性分组编码方式，汉明码只定义部分码元的排列组合为合法的码组，而其他的的码组为非法码组。当我们在接收端收到非法码组时，我们便知道有错误发生，而且汉明码会设法更正此错误。（1）编码过程 s1s2s3错码位置s1s

44、2s3错码位置001a0101a4010a1110a5100a2111a6011a3000无错表5-1 校正子s1s2s3的值与错码位置的对应关系我们用a6a5a4a3表示编码输入信号位，用a6a5a4a3a2a1a0表示编码后的输出信号，其中a2a1a0表示监督位。用s1s2s3表示三个监督关系式中的校正子，则s1s2s3的值与错码位置的对应关系可以规定如表5-1。由5-1表可知，仅当一位错码位置在a6、a5、a4、a2时，校正子s1=1，否则s1=0，这意味4个码元构成偶数监督关系：s1=a6+a5+a4+a2（1）同理，a6、a5、a3、a1构成偶数监督关系：s2=a6+a5+a3+a1

45、，（2）a6、a4、a3、a0构成偶数监督关系：s3=a6+a4+a3+a0（3）a6a5a4a3取决于输入信号，是随机的，而a2a1a0应根据信息位的取值按监督关系式决定，既应使s1s2s3为0（表示无错）：a6+a5+a4+a2=0（4）a6+a5+a3+a1=0（5）a6+a4+a3+a0=0（6）因此解出监督位a2=a6+a5+a4（7）a1=a6+a5+a3（8）a0=a6+a4+a3（9）给定信息位后，可以直接按下式算出监督位，结果见表5-2所示。表5-2 汉明码编码规则信息位监督位信息位监督位a6a5a4a300000001001000110100010101100111a2a1

46、a0000011101110110101011000a6a5a4a310001001101010111100110111101111a2a1a0111100010001001010100111（2）解码过程接收端收到每一个码组后，先按（1），（2），（3）式计算出s1， s2， s3，如果s1s2s3=000，则直接输出a6a5a4a3，否则按表5-2判定错码情况。例如，若收到码组a6a5a4a3a2a1a0=0000011，按（1），（2），（3）式计算出s1=0，s2=1，s3=1由表1-2可知a3有错，则接收端应收到的码0000011应为0001011。为了观察的方便，本实验采用并行输入

47、输出的方式，可以用双踪示波器或逻辑笔或万用表中任何一种测量工具进行观察，原理框图如图5-1所示。输入信号a6a5a4a3分别由拨码开关s1-1s1-4并行输入(注意：往上拨表示输入0，往下拨表示输入1)，由于输出信号高四位与输入信号对应，只引出监督位a2a1a0，分别与IO_27、IO_28、IO_29对应。为了验证其纠错功能，随机干扰加错的信号e6e5e4e3e1e1由s2-1s2-5，s1-5输入（往下拨表示有干扰加错输入，往上拨表示没有干扰输入）；解码（纠错）输出信号a6a5a4a3由IO_58、IO_57、IO_56 、IO_55 输出，同时IO_54、IO_30、IO_31输出错误指

48、示信号：无错no_error、错一位one_error、错多位multi_error。如果没有错误，IO_54输出高电平，IO_30、IO_31输出低电平,I_O58IO_55输出正确的信号；如果错且错一位，IO_30输出高电平，IO_54、IO_31输出低电平,IO_58IO_55输出正确的信号；如果有多位错误，超出了汉明码纠错的能力，IO_31输出高电平，IO_54、IO_30输出低电平,IO_58IO_55输出低电平。汉明编码器s1-1s1-2s1-3s1-4s2-4s2-2s2-1s2-3s1-5s2-5汉明解码器（纠错）IO_58IO_57IO_56IO_55IO_54IO_30IO

49、_31加错输入IO_27IO_28IO_29图5-1 汉明码编译码原理框图本模块有以下测试点及输入输出点：l IO_29监督位a0输出点/测试点l IO_28监督位a1输出点/测试点l IO_27监督位a2输出点/测试点l IO_58解码(纠错)a6输出点/测试点l IO_57解码(纠错)a5输出点/测试点l IO_56解码(纠错)a4输出点/测试点l IO_55解码(纠错)a3输出点/测试点l IO_54无错指示测试点l IO_30错一位指示测试点l IO_31错多位指示测试点四、实验仪器1、通信原理型实验箱2、M6:数字信号源模块和M11:信道模块3、双踪示波器（或逻辑笔或万用表）五、实验

50、步骤与方法1.在信道模块的上方，接通JTAG接口线，接通信道模块中的+5V电源，下载光盘上CPLD下载目录下的“hanming.pof”,详细下载步骤见附录二。2.验证汉明码的编译码规律：a6a5a4a3输入任意一组信号，即把拨码开关s1-1s1-4拨成任意形式，比如1100，观察监督位a2a1a0，即IO_27、IO_28、IO_29的电平。对照表5-2，看是否正确。然后观察译码输出，即IO_58、IO_57、IO_56 、IO_55 信号，此时他们应分别与输入相同，同时观察IO_54 、IO_30、IO_31输出信号。填写下表，仔细领会其编译码规律。输入信号a6a5a4a3监督位a2a1a0解