數字通信原理實驗箱卷積編碼實驗
數字通信原理實驗箱卷積編碼實驗能掌握差錯控制編碼中最流行的卷積碼的編碼方法。
一、實訓目的
1.學習掌控把握掌控把握差錯控制編碼的基礎概念
2.掌控把握差錯控制編碼中流行的卷積碼的編碼方法。
二、數字通信原理實訓箱卷積編碼實訓原理
1.差錯控制編碼的基礎概念
信道就是信息傳輸和存儲的媒介，在實際信道上傳輸數字信號時，由于信道傳輸特性不理想及噪聲的影響，所收到的數字信號不可避免的會發生錯誤。為了在已知信噪比的情況下達到一定的誤比特率指標，首先應合理設計基帶信號，選用調制解調方法，應用頻域均衡和時域均衡使誤比特率盡可能地降低。但若誤比特率仍不能適用要求，則必須應用信道編碼，即差錯控制編碼，將誤比特率進一步降低，以適用指標要求。
差錯控制編碼的基礎做法是：在發送端，被傳輸的信息序列上被附加了一些監督碼元，這些多余的碼元與信息碼元之間以某種確定的規則相互關聯。接收端按照既定的規則檢驗信息碼元與監督碼元之間的關系，一旦傳輸過程中發生差錯，則信息碼元與監督碼元之間的關系將受到破壞，從而可以發現錯誤，糾正錯誤。
在上述差錯控制系統中使用的信道編碼有多種類型，在數值編碼技術的實際應用中，二進制卷積碼值得--在同樣的傳輸速度和設備復雜性條件下，卷積碼的功能也較優。
2.卷積碼的編碼
卷積碼編碼器的一般形式如下圖所示，含有概括一個由N段包括的寫入移位寄存器，每段有K級，共N×k位寄存器；一組n個模2和相加器；一個n級輸出移位寄存器。對應于
圖5-1 卷積碼編碼器的一般情況
每段K個比特的寫入序列，輸出n個比特。
由上圖所示，n個輸出比特不但與當前的K個寫入比特有關，而而而且與以前（N-1）×k個寫入信息比特有關。整個編碼過程看成是寫入信息序列與由移位寄存器和模2和連接方法所決定的另一個序列的卷積，卷積碼即由此得名。通常把N稱為約束長度（約束長度的定義并無統一標準，有的書和文獻中把N×n或（N-1）稱為約束長度）。常把卷積碼記作（n，K，N）。它的編碼效率為K/n。描述卷積碼的方法有兩種，解析表示和圖解表示。以圖5-2所示的（2,1,3）卷積碼為例簡介這兩種表示方法。
（2,1,3）卷積碼編碼器如圖5-2所示，圖中的加號為模2和。
卷積碼的圖解表示有樹狀圖、網格圖和狀態圖3種。樹狀圖表示法這里不詳細簡介。
圖5-2 （2，1，3）卷積碼編碼器
網格圖
如圖5-2所示的卷積碼，互聯網圖中的實線對應于寫入比特0，虛線對應于寫入比特1，如圖5-3所示。互聯網圖中支路上標注的碼元為輸出比特，自上而下4行節點分別表示a，b，
圖5-3 （2，1，3）卷積碼網格圖
c，d等4種狀態。一般情況下應有 種狀態，從第N節（從左向右記數）開始，
圖5-4 （2，1，3）卷積碼狀態圖
互聯網圖圖形開始重復，而而而且完全相同。
狀態圖
取出已達到平穩狀態的一節圖格，得到圖5-4所示的狀態圖。再把目前狀態與下一行狀態重疊起來，即可得到反應狀態轉移的狀態圖。
當給定寫入信息序列和起始狀態時，可以用上述3種圖解表示法的任何一種，來找出輸出序列和狀態改變路徑。
3、例：卷積碼編碼器如圖5-2所示，若起始狀態為a，寫入序列為1101 1100 1000 1100
1100，求輸出序列和狀態改變路徑。
解：由卷積碼的網格圖表示，找出編碼時網格圖中的路徑如圖5-5所示，由此可得到輸出序列和狀態改變路徑。
圖5-5 （2,1,3）卷積碼的編碼過程和路徑
4、用單片機AT89C2051（U401）完成8位序列的卷積編碼，如圖5-6所示。8位寫入序列由撥線開關（SW401）的第1-8設定，由單片機AT89C2051的P1口讀入，并從DATA3（見TP401，SW401設定的數值）引腳循環串行輸出，可用示波器查看該8位寫入信號；在對8位寫入序列實行編碼時，多加了1位起始位為1，2位停止位00，因此是對11位序列實行卷積編碼，編碼后為22位輸出序列，由DATA1端（見TP402）循環輸出，為了查看便利，在22位輸出序列后再連續輸出10位0，因此DATA1輸出信號（見TP402）的周期為32位，大家--DATA1信號的輸出速率是DATA3信號（見TP401）輸出速率的2倍。
撥線開關（SW401）的第9位的狀態設定是否人為產生誤碼，由P3.7讀入，當狀態為0時，不產生誤碼，卷積碼輸出端DATA1（見TP402）和有誤碼卷積碼的輸出端DATA2的輸出信號（見TP403）完成一樣；當狀態為1時，人為地把已編碼好的卷積碼（由DATA1端輸出）的某一位取反后，由DATA2端輸出見（TP403）。這時DATA1和DATA2的信號有一位不一致。可用示波器查看對比DATA1（TP402）和DATA2（TP403）上的信號。
三、實訓步驟及內容
1.設定撥線開關。
把撥線開關（SW401）的第1-8設定寫入序列為0DCH（開關撥到上面為1，下面為0）。
2.對8位寫入序列實行卷積碼的編碼。
若起始狀態為a，由實訓原理中所述的方法得出輸出序列和狀態改變路徑。
3.系統對8位寫入序列0DCH多加一位起始位1和兩位停止位00后的11位序列實行卷積編碼（波動線見TP401），由實訓原理中所述的方法得出輸出序列。
4.設定撥線開關的第9位狀態為1（即開關撥到上面），不產生誤碼。用雙蹤示波器查看DATA1(見TP402)和DATA2(見TP403)兩端的信號是否一樣；與3、中得出的輸出序列實行對比，是否一樣。
5.設定撥線開關的第9位狀態為0（即開關撥到下面），產生誤碼。用雙蹤示波器查看DATA1和DATA2兩端的信號是否一樣；若不一樣，查看是第幾位不一樣。
6.用雙蹤示波器查看DATA1(見TP402)和DATA3(見TP401)信號的輸出速率（每秒多少比特位）分別是多少？
1.學習掌控把握掌控把握差錯控制編碼的基礎概念
2.掌控把握差錯控制編碼中流行的卷積碼的編碼方法。
二、數字通信原理實訓箱卷積編碼實訓原理
1.差錯控制編碼的基礎概念
信道就是信息傳輸和存儲的媒介，在實際信道上傳輸數字信號時，由于信道傳輸特性不理想及噪聲的影響，所收到的數字信號不可避免的會發生錯誤。為了在已知信噪比的情況下達到一定的誤比特率指標，首先應合理設計基帶信號，選用調制解調方法，應用頻域均衡和時域均衡使誤比特率盡可能地降低。但若誤比特率仍不能適用要求，則必須應用信道編碼，即差錯控制編碼，將誤比特率進一步降低，以適用指標要求。
差錯控制編碼的基礎做法是：在發送端，被傳輸的信息序列上被附加了一些監督碼元，這些多余的碼元與信息碼元之間以某種確定的規則相互關聯。接收端按照既定的規則檢驗信息碼元與監督碼元之間的關系，一旦傳輸過程中發生差錯，則信息碼元與監督碼元之間的關系將受到破壞，從而可以發現錯誤，糾正錯誤。
在上述差錯控制系統中使用的信道編碼有多種類型，在數值編碼技術的實際應用中，二進制卷積碼值得--在同樣的傳輸速度和設備復雜性條件下，卷積碼的功能也較優。
2.卷積碼的編碼
卷積碼編碼器的一般形式如下圖所示，含有概括一個由N段包括的寫入移位寄存器，每段有K級，共N×k位寄存器；一組n個模2和相加器；一個n級輸出移位寄存器。對應于
圖5-1 卷積碼編碼器的一般情況
每段K個比特的寫入序列，輸出n個比特。
由上圖所示，n個輸出比特不但與當前的K個寫入比特有關，而而而且與以前（N-1）×k個寫入信息比特有關。整個編碼過程看成是寫入信息序列與由移位寄存器和模2和連接方法所決定的另一個序列的卷積，卷積碼即由此得名。通常把N稱為約束長度（約束長度的定義并無統一標準，有的書和文獻中把N×n或（N-1）稱為約束長度）。常把卷積碼記作（n，K，N）。它的編碼效率為K/n。描述卷積碼的方法有兩種，解析表示和圖解表示。以圖5-2所示的（2,1,3）卷積碼為例簡介這兩種表示方法。
（2,1,3）卷積碼編碼器如圖5-2所示，圖中的加號為模2和。
卷積碼的圖解表示有樹狀圖、網格圖和狀態圖3種。樹狀圖表示法這里不詳細簡介。
圖5-2 （2，1，3）卷積碼編碼器
網格圖
如圖5-2所示的卷積碼，互聯網圖中的實線對應于寫入比特0，虛線對應于寫入比特1，如圖5-3所示。互聯網圖中支路上標注的碼元為輸出比特，自上而下4行節點分別表示a，b，
圖5-3 （2，1，3）卷積碼網格圖
c，d等4種狀態。一般情況下應有 種狀態，從第N節（從左向右記數）開始，
圖5-4 （2，1，3）卷積碼狀態圖
互聯網圖圖形開始重復，而而而且完全相同。
狀態圖
取出已達到平穩狀態的一節圖格，得到圖5-4所示的狀態圖。再把目前狀態與下一行狀態重疊起來，即可得到反應狀態轉移的狀態圖。
當給定寫入信息序列和起始狀態時，可以用上述3種圖解表示法的任何一種，來找出輸出序列和狀態改變路徑。
3、例：卷積碼編碼器如圖5-2所示，若起始狀態為a，寫入序列為1101 1100 1000 1100
1100，求輸出序列和狀態改變路徑。
解：由卷積碼的網格圖表示，找出編碼時網格圖中的路徑如圖5-5所示，由此可得到輸出序列和狀態改變路徑。
圖5-5 （2,1,3）卷積碼的編碼過程和路徑
4、用單片機AT89C2051（U401）完成8位序列的卷積編碼，如圖5-6所示。8位寫入序列由撥線開關（SW401）的第1-8設定，由單片機AT89C2051的P1口讀入，并從DATA3（見TP401，SW401設定的數值）引腳循環串行輸出，可用示波器查看該8位寫入信號；在對8位寫入序列實行編碼時，多加了1位起始位為1，2位停止位00，因此是對11位序列實行卷積編碼，編碼后為22位輸出序列，由DATA1端（見TP402）循環輸出，為了查看便利，在22位輸出序列后再連續輸出10位0，因此DATA1輸出信號（見TP402）的周期為32位，大家--DATA1信號的輸出速率是DATA3信號（見TP401）輸出速率的2倍。
撥線開關（SW401）的第9位的狀態設定是否人為產生誤碼，由P3.7讀入，當狀態為0時，不產生誤碼，卷積碼輸出端DATA1（見TP402）和有誤碼卷積碼的輸出端DATA2的輸出信號（見TP403）完成一樣；當狀態為1時，人為地把已編碼好的卷積碼（由DATA1端輸出）的某一位取反后，由DATA2端輸出見（TP403）。這時DATA1和DATA2的信號有一位不一致。可用示波器查看對比DATA1（TP402）和DATA2（TP403）上的信號。
三、實訓步驟及內容
1.設定撥線開關。
把撥線開關（SW401）的第1-8設定寫入序列為0DCH（開關撥到上面為1，下面為0）。
2.對8位寫入序列實行卷積碼的編碼。
若起始狀態為a，由實訓原理中所述的方法得出輸出序列和狀態改變路徑。
3.系統對8位寫入序列0DCH多加一位起始位1和兩位停止位00后的11位序列實行卷積編碼（波動線見TP401），由實訓原理中所述的方法得出輸出序列。
4.設定撥線開關的第9位狀態為1（即開關撥到上面），不產生誤碼。用雙蹤示波器查看DATA1(見TP402)和DATA2(見TP403)兩端的信號是否一樣；與3、中得出的輸出序列實行對比，是否一樣。
5.設定撥線開關的第9位狀態為0（即開關撥到下面），產生誤碼。用雙蹤示波器查看DATA1和DATA2兩端的信號是否一樣；若不一樣，查看是第幾位不一樣。
6.用雙蹤示波器查看DATA1(見TP402)和DATA3(見TP401)信號的輸出速率（每秒多少比特位）分別是多少？
