《信息论与编码》 实验指导书 北京工商大学计算机与信息工程学院 2011.9
1 《信息论与编码》 实验指导书 北京工商大学计算机与信息工程学院 2011.9
绪论实验系统概述 、概述 通信原理综合实验系统中,涉及有数字调制解调技术、纠错编译码技术、语音编码技术、数字 复接技术、基带传输技术、电话接口技术、数字接口技术等。该系统将当今的核心技术和新器件融 入通信原理课程,其具有以下特点 1.先进性:数字信号处理(DSP)技术+PFGA技术; 2.全面性:通过这些测试接口,可以对每一种电路模块的功能和性能有一个全面的了解。 3.系统性:每个电路测试模块可以放入多个系统中进行综合实验 4.基础性:与当今通信原理课程和教学大纲结合紧密; 1、电路组成概述 在通信原理综合实验系统中,主要由下列功能模块组成 1、显示控制模块 2、FPGA初始化模块 3、信道接口模块 4、DSP+FPGA处理模块 D/A模块 6、中频调制模块 7、中频解调模块 8、AD模块 9、测试模块 汉明编码模块 汉明译码模块 噪声模块 2345 电话接口(1、2)模块 DTMF(1、2)模块 PAM模块 ADPCM(1、2)模块 CⅤSD发模块 CⅤSD收模块 帧传输复接模块 帧传输解复接模块 AMI/HDB3码模块 CMI编码模块 CMI译码模块 模拟锁相环模块 数字锁相环模块 在该硬件平台中,模块化功能较强,其电路布局见图1所示。对于每一个模块,在PCB板上均 由白色线条将其明显分割开来,每个测试模块都能单独开设实验,便于教学与学习。 2
2 绪论 实验系统概述 一、 概述 通信原理综合实验系统中，涉及有数字调制解调技术、纠错编译码技术、语音编码技术、数字 复接技术、基带传输技术、电话接口技术、数字接口技术等。该系统将当今的核心技术和新器件融 入通信原理课程，其具有以下特点： 1. 先进性：数字信号处理（DSP）技术+PFGA 技术； 2. 全面性：通过这些测试接口，可以对每一种电路模块的功能和性能有一个全面的了解。 3. 系统性：每个电路测试模块可以放入多个系统中进行综合实验， 4. 基础性：与当今通信原理课程和教学大纲结合紧密； 1、电路组成概述 在通信原理综合实验系统中，主要由下列功能模块组成： 1、 显示控制模块 2、 FPGA 初始化模块 3、 信道接口模块 4、 DSP+FPGA 处理模块 5、 D/A 模块 6、 中频调制模块 7、 中频解调模块 8、 A/D 模块 9、 测试模块 10、 汉明编码模块 11、 汉明译码模块 12、 噪声模块 13、 电话接口（1、2）模块 14、 DTMF（1、2）模块 15、 PAM 模块 16、 ADPCM（1、2）模块 17、 CVSD 发模块 18、 CVSD 收模块 19、 帧传输复接模块 20、 帧传输解复接模块 21、 AMI/HDB3 码模块 22、 CMI 编码模块 23、 CMI 译码模块 24、 模拟锁相环模块 25、 数字锁相环模块 在该硬件平台中，模块化功能较强，其电路布局见图 1 所示。对于每一个模块，在 PCB 板上均 由白色线条将其明显分割开来，每个测试模块都能单独开设实验，便于教学与学习
在通信原理综合实验系统中,电源插座与电源开关在机箱的后面,电源模块在该实验平台电路 板的下面,它主要完成交流~220V到+5V、+12V、-12V的直流变换,给整个硬件平台供电 冲 盖 启Q定 画二2223 整举 藤茫遊法漏囊蹦滋
3 在通信原理综合实验系统中，电源插座与电源开关在机箱的后面，电源模块在该实验平台电路 板的下面，它主要完成交流220V 到+5V、+12V、-12V 的直流变换，给整个硬件平台供电。 测试模块 DSP+FPGA 模块 A/D 模块 DC/DC 模块 电话 2 模块 电源 液晶显示与键盘输入 噪声模块 D/A 模块 调制模块 解调模块 终端 B 终端 A 同步接口 汉明编码 译码 汉明 电话 1 模块 1 ADPCM 模块 收模块 CVSD DTMF2 接续控制 DTMF1 发模块 CVSD 2 ADPCM 模块 模块 复接 HDB3 码 模块 CMI 编码 模块 模拟锁相 环模块 CMI 译 码模块 解复接模块 图 1 通信原理综合实验系统布局图 数字锁相环 模块 PAM
实验一汉明码系统 实验原理和电路说明 差错控制编码的基本作法是:在发送端被传输的信息序列上附加一些监督码元,这些多余的码 元与信息之间以某种确定的规则建立校验关系。接收端按照既定的规则检验信息码元与监督码元之 间的关系,一旦传输过程中发生差错,则信息码元与监督码元之间的校验关系将受到破坏,从而可 以发现错误,乃至纠正错误。 通信原理综合实验系统中的纠错码系统采用汉明码(7,4)。所谓汉明码是能纠正单个错误的线 性分组码。它有以下特点 码长 最小码距d=3 信息码位 k=22-m-1 纠错能力t=1 监督码位 这里m位≥2的正整数,给定m后,既可构造出具体的汉明码(n,k) 汉明码的监督矩阵有n列m行,它的n列分别由除了全0之外的m位码组构成,每个码组只在 某列中出现一次。系统中的监督矩阵如下图所示 1110100 H=0111010 1101001 其相应的生成矩阵为 1000101 0100111 0010110 000101 汉明译码的方法,可以采用计算校正子,然后确定错误图样并加以纠正的方法 图2和图3给出汉明编码器和译码器电原理图。 图2汉明编码器电路原理图
4 实验一 汉明码系统 一、 实验原理和电路说明 差错控制编码的基本作法是：在发送端被传输的信息序列上附加一些监督码元，这些多余的码 元与信息之间以某种确定的规则建立校验关系。接收端按照既定的规则检验信息码元与监督码元之 间的关系，一旦传输过程中发生差错，则信息码元与监督码元之间的校验关系将受到破坏，从而可 以发现错误，乃至纠正错误。 通信原理综合实验系统中的纠错码系统采用汉明码（7，4）。所谓汉明码是能纠正单个错误的线 性分组码。它有以下特点： 码长 n=2m -1 最小码距 d=3 信息码位 k=2n -m-1 纠错能力 t=1 监督码位 r=n-k 这里 m 位≥2 的正整数，给定 m 后，既可构造出具体的汉明码（n，k）。 汉明码的监督矩阵有 n 列 m 行，它的 n 列分别由除了全 0 之外的 m 位码组构成，每个码组只在 某列中出现一次。系统中的监督矩阵如下图所示： 1 1 1 0 1 0 0 H= 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 其相应的生成矩阵为： 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 G= 汉明译码的方法，可以采用计算校正子，然后确定错误图样并加以纠正的方法。 图 2 和图 3 给出汉明编码器和译码器电原理图。 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 a6 a5 a4 a3 图 3.4.1 汉明编码器电原理图 ● ● ● ● ● ● ● ● ● 图 2 汉明编码器电路原理图
错码 指示 校正子生成 8译码器 图3汉明译码器电路原理图 表1为(7,4)汉明编码输入数据与监督码元生成表。编码输出数据最先输出是abit,其次是 a5、a4……,最后输出a0位。 表1(7,4)汉明编码输入数据与监督码元生成表 4位信息位3位监督码元4位信息位3位监督码元 a6, as, a4, a3 a2, al, ao a6. as, a4, a? a,, a1 ao 0000 1000 101 0001 O11 1001 110 0010 1010 01 101 10l1 000 0100 1100 010 0l01 1101 001 0110 l110 0111 010 111 汉明编译码模块实验电路功能组成框图见图4和图5所示。 汉明编码模块实验电路工作原理描述如下 1、输入数据:汉明编码输入数据可以来自 ADPCM模块的 ADPCM码字,或来自同步数据端 口数据、异步端口数据、CVSD编码数据、m序列。选择 ADPCM码字由工作方式选择开关 SWC01中的 ADPCM状态决定,当处于 ADPCM状态时(插入跳线器),汉明编码器对 ADPCM 信号编码;否则处于非 ADPCM状态时(拔除跳线器),输入编码数据来自开关KCOI所设 置的位置,分别为同步数据端口数据、异步端口数据、CⅤSD编码数据、m序列。 2、m序列发生器:m序列用于测试汉明编码规则,输出信号与开关KWC0l位置表2所示: 表2跳线器KWC01与产生输出数据信号 选项 KWC01设置状态 MSEL2口口 口口 MSEL口口 m序列0码0011码010115位码长
5 a6 a5 a4 a3 a6 a5 a4 a3 a3 a3 a3 图 3.4.2 汉明译码器电原理图 校正子生成 3-8 译码器 错码 指示 7 6 5 4 3 2 1 ● ● ● ● ● ● ● ● 图 3 汉明译码器电路原理图 表 1 为（7，4）汉明编码输入数据与监督码元生成表。编码输出数据最先输出是 a6bit，其次是 a5、a4……，最后输出 a0位。 表 1 （7，4）汉明编码输入数据与监督码元生成表 4 位信息位 a6, a5, a4, a3 3 位监督码元 a2, a1, a0 4 位信息位 a6, a5, a4, a3 3 位监督码元 a2, a1, a0 0000 000 1000 101 0001 011 1001 110 0010 110 1010 011 0011 101 1011 000 0100 111 1100 010 0101 100 1101 001 0110 001 1110 100 0111 010 1111 111 汉明编译码模块实验电路功能组成框图见图 4 和图 5 所示。 汉明编码模块实验电路工作原理描述如下： 1、输入数据：汉明编码输入数据可以来自 ADPCM1 模块的 ADPCM 码字，或来自同步数据端 口数据、异步端口数据、CVSD 编码数据、m 序列。选择 ADPCM 码字由工作方式选择开关 SWC01中的ADPCM状态决定，当处于ADPCM状态时（插入跳线器），汉明编码器对ADPCM 信号编码；否则处于非 ADPCM 状态时（拔除跳线器），输入编码数据来自开关 KC01 所设 置的位置，分别为同步数据端口数据、异步端口数据、CVSD 编码数据、m 序列。 2、m 序列发生器：m 序列用于测试汉明编码规则，输出信号与开关 KWC01 位置表 2 所示： 表 2 跳线器 KWC01 与产生输出数据信号 表 3.4.2 跳线器 KWC01 与产生输出数据信号 选 项 KWC01 设置状态 M_SEL2 □ □ □ □ □ □ □ □ M_SEL1 □ □ □ □ □ □ □ □ m 序列 0/1 码 00/11 码 0110111 15 位码长