基于FPGA汉明码编译码器设计

(7,4)汉明码编解码器的设计

序 言

VHDL语言具有功能强大的语言结构，可用明确的代码描述复杂的控制逻辑设计，并且具有

多层次的设计描述功能，支持设计库和可重复使用的元件的生成。近几十年来，EDA技术

获得了飞速发展。它以计算机为平台，根据硬件描述语言VHDL，自动地完成逻辑编译、化

简分割、综合及优化，布局布线，仿真直至对特定目标芯片的适配编译，逻辑映射和编程

下载等工作。以自顶向下的设计方法，使硬件设计软件化，摆脱了传统手工设计的众多缺

点。随着EDA技术的深入发展基于硬件描述语言的方法将有取代传统手工设计方法的趋势。

EDA ( Elect ronics Design Automation) 技术是随着集成电路和计算机技术飞速发展应

运而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具。目前，VHDL语言已经成为EDA的

关键技术之一，VHDL 是一种全方位的硬件描述语言,具有极强的描述能力,能支持系统行

为级、寄存器传输级和逻辑门级三个不同层次的设计,支持结构、数据流、行为三种描述

形式的混合描述,覆盖面广,抽象能力强,因此在实际应用中越来越广泛。

汉明码是在原编码的基础上附加一部分代码，使其满足纠错码的条件。它属于线性分组码，

由于汉明码的抗干扰能力较强，至今仍是应用比较广泛的一类码。

本文用VHDL语言实现了（7，4）汉明码的编码和译码，并通过实例来说明利用VHDL语言

实现数字系统的过程。在介绍（7，4）汉明码编码和译码原理的基础上,设计出了

（7，4）汉明码的编码器和译码器，写出了基于VHDL实现的源程序,并通过QUARTUSⅡ软

件进行仿真验证。

第1章 QuartusⅡ与VHDL简介

1.1 QuartusⅡ软件简介

QuartusⅡ是Altera公司推出的CPLD/FPGA的开发工具，QuartusⅡ提供了完全集成且与

电路结构无关的开发环境，具有数字逻辑设计的全部特性。

/P> Quartus Ⅱ设计软件提供完整的多平台设计环境，可以很轻松地满足特定设计的需要。

南华大学电气工程学院

《通信原理课程设计》任务书

设计题目： (7, 4)汉明码编译码系统设计

专 业： 通信工程

学生姓名: 马 勇 学 号: 20114400236

起迄日期: 2013 年12月20日 ~2014年1月3日

指导教师: 宁志刚副教授

系主任： 王彦教授

《通信原理课程设计》任务书

1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：

(1)技术要求：

设计(7, 4)汉明码编译码系统，先进行编码，编码后加入噪声，然后译码，编写程序，得到信噪比与误比特率的关系曲线，对实验结果进行分析，分析该系统的性能。

(2)工作要求：

①查阅参考文献，利用通信原理基本理论，分析系统工作原理，设计系统方框图；

②掌握计算机辅助设计方法，利用Matlab/Systemview/Multisim等软件进行仿真设计，具备独立设计能力；

③熟悉通信系统的调试和测量方法；

④掌握电子电路安装调试技术，选择合适的元器件搭接实际电路，掌握电路的测试和故障排除方法，提高分析问题和解决问题的能力。

2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：

设计系统方框图，对系统方框图进行仿真，分析实验结果。撰写设计说明书，书写格式规范，语言流畅简洁，文字不得少于3000字。要求图表清晰，分析通彻，有理有据。

3．主要参考文献：

[1]樊昌信.通信原理（第6版）[M].北京：电子工业出版社,2012,12.

[2]樊昌信,曹丽娜 .通信原理教程(第3版)[M].北京：国防工业出版社,2006,9.

[3]刘学勇 .详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真[M].北京：电子工业出版社,2011,11.

汉明码编译码实验

一、实验目的

1.掌握汉明码2的编解码原理。掌握汉明码的纠错和检测原理

二、实验内容

1.汉明码编码实验。2.汉明码译码实验。

3、汉明码纠错检错能力验证实验。

三、 实验设备

lte-tx-02e通信原理综合实验系统----------------------------------------------模块8

四、 实验原理

在随机信道中，错码的出现是随机的，且错码之间是统计独立的。例如，由高斯白噪声引起的错码就具有这种性质。因此，当信道中加性干扰主要是这种噪声时，就称这种信道为随机信道。由于信息码元序列是一种随机序列，接收端是无法预知的，也无法识别其中有无错码。为了解决这个问题，可以由发送端的信道编码器在信息码元序列中增加一些监督码元。这些监督码元和信码之间有一定的关系，使接收端可以利用这种关系由信道译码器来发现或纠正可能存在的错码。在信息码元序列中加入监督码元就称为差错控制编码，有时也称为纠错编码。不同的编码方法有不同的检错或纠错能力。有的编码就只能检错不能纠错。

那么，为了纠正一个错位码，至少应该向块码中添加多少监督位？编码效率可以提高吗？基于这一思想的研究催生了汉明码。汉明码是一种线性分组码，它能纠正位错码，编码效率高。接下来，我们介绍了汉明码的构造原理。

一般说来，若码长为n，信息位数为k，则监督位数r＝n?k。如果希望用r个监督位构造出r个监督关系式来指示一位错码的n种可能位置，则要求

2r？1.≥ n或2R≥ K+R+1

下面我们通过一个例子来说明如何具体构造这些监督关系式。

在分组码（n，k）中设k=4。为了纠正错位代码，从公式（14-1）中可以看出，监管数字R需要≥ 3.如果r=3，那么n=K+r=7。我们用α6α5？α0代表这七个符号，S1、S2和S3代表三种监督关系中的校正器。然后可以指定s1s2s3的值与错误代码位置之间的对应关系，如表14-1所示。

实验三 汉明码编码与译码

一、实验题目

1、写一个错误生成器模块，在给定的一个比特流作输入时，它的输出流的每个比特流都以概率p发生了改变，即比特错误概率为p。

2、对m=3，将汉明码编码后的比特流输入到上述模块，然后对收到的字用译码器进行译码。

二、实验目的

1、理解和掌握汉明码编码与译码的原理；

三、算法设计

四、程序分析

1、错误生成模块：任一给以p，系统任意生成一数，若比p小则让其出错，否则不出错。

2、编码：首先随机生成H矩阵，由H矩阵生成G矩阵，利用C=mG编码。

3、解码：

若v*H’=0，则没有出错，直接输出v中前k位；

若v*H’!=0,列出所有的e和e*H’得到伴随阵s，若能在s中找到s=v*H

则c0=v-e，输出c0中前k位；若找不到s，则输出“错误位数大于纠错能力，无法解码”。

五、程序代码

#include

#include // 字符串处理头文件

#include // 输入输出控制头文件

#include

#include

#include

using namespace std;

void Err_Pro();

void Hamming_Decode();

int

m,n,k,t,err,r,R[100],N[100],COUNT[100],num[100][100],Th[100][100],PT_S[100][100],PT_D[100][100];

int

H[100][100],HT[100][100],Ig[100][100],P[100][100],G[100][100],Ibit[100],Cbit[100],Err_Cbit[100],V[100];

/**************************************************************************/