簡(jiǎn)述簡(jiǎn)易循環(huán)碼編譯碼器設(shè)計(jì)

陰歡歡

摘 要 通信系統(tǒng)可靠性要求系統(tǒng)可靠地傳輸消息，而信道編碼旨在解決可靠性問(wèn)題。循環(huán)碼屬于線性代碼，具有嚴(yán)密的代數(shù)理論基礎(chǔ)，具有良好的錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正功能。循環(huán)碼編譯電路大多用移位寄存器和模2構(gòu)成的線性時(shí)序網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成?；倦娐泛?jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但在體積和功能擴(kuò)展上受到了限制而不能發(fā)揮更大的作用。本設(shè)計(jì)充分運(yùn)用單片機(jī)的軟件功能進(jìn)行編碼及譯碼糾錯(cuò)，可有效克服來(lái)自通信信道的干擾，保證數(shù)據(jù)通信的可靠及系統(tǒng)的穩(wěn)定，使誤碼率大幅度的降低。只要改變軟件算法，即可適用于不同微機(jī)、不同字長(zhǎng)的需要。

關(guān)鍵詞 信道編碼；循環(huán)碼；單片機(jī)；編譯碼；可靠

前言

信息在有線或無(wú)線信道傳輸時(shí)，受外界干擾或信噪比惡化的影響，信息的傳遞容易發(fā)生錯(cuò)誤，需要有效檢測(cè)出錯(cuò)狀況，進(jìn)行糾錯(cuò)，保證信息傳輸?shù)馁|(zhì)量。前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)在發(fā)送端引入冗余可以實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，一種廣泛應(yīng)用前向糾錯(cuò)碼循環(huán)碼它是線性分組碼中最重要的一種類別碼，不光具備分組碼的線性性質(zhì)，還具有自身的循環(huán)性[1]。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外基于循環(huán)碼編譯碼方法的研究都取得了很大的進(jìn)展，例如循環(huán)碼在衛(wèi)星通信與移動(dòng)通信方面中起到很重要的作用。采用單片機(jī)編程的方法可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)碼編譯碼，成本小，通過(guò)軟件升級(jí)可以適配多種碼型。

1 循環(huán)碼編譯碼原理

1.1 循環(huán)碼特點(diǎn)

循環(huán)碼隸屬于線性代碼，具有嚴(yán)密的代數(shù)理論基礎(chǔ)，良好的錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正功能，具有如下特點(diǎn)[2]：循環(huán)碼具有線性碼的封閉性，意味著線性碼中的任何兩個(gè)碼組總和仍為這種碼中的一個(gè)碼組。兩個(gè)信息碼組之間的長(zhǎng)度差一定是后一個(gè)信息碼組的權(quán)重，碼的最小距離等同于碼的最小權(quán)重。循環(huán)碼還具有循環(huán)的性質(zhì)，任一碼組不管是從按左到右還是從右到左方向循環(huán)移位，仍為該碼中的一個(gè)碼組。

1.2 編碼原理

設(shè)信息元多項(xiàng)式表達(dá)式：

編碼步驟可以歸納如下：

⑴用信息集合m（x）乘以信息集得到，這種運(yùn)算操作其實(shí)就是在信息碼后添加上（n-k）個(gè)“0”。

⑵然后將得到的除以g（x），得到商Q（x）和余式r（x）/ g（x），可得該余式分子r（x），又叫作校驗(yàn)多項(xiàng)式，從而得到該信息碼的對(duì)應(yīng)多項(xiàng)式表達(dá)式.

1.3 譯碼原理

由于可以通過(guò)多項(xiàng)式生成任意碼組T（x），使得在接收端可以將接收碼組R（x）可以用生成多項(xiàng)式g（x）去除。如果計(jì)算后的結(jié)果，那么在傳輸中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤則表示收到的碼字正確；如果，則說(shuō)明收到的碼字出現(xiàn)錯(cuò)誤[3]，可得循環(huán)碼的譯碼方法為：將接收的碼字R（x）用生成多項(xiàng)式g（x）去除，如果r（x）為0則無(wú)錯(cuò)；若不為0否則有錯(cuò)，如果有錯(cuò)，則查表。

2 循環(huán)碼編譯碼器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

循環(huán)碼編譯碼器系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)，外圍電路包括按鍵輸入，液晶顯示組成。將原始數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)內(nèi)，通過(guò)按鍵將產(chǎn)生的循環(huán)碼還原成原始數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)譯碼的功能，在譯碼過(guò)程中也有糾正的功能，若不慎出現(xiàn)錯(cuò)碼，將其糾正還原成原來(lái)的數(shù)據(jù)。

3 軟件及仿真設(shè)計(jì)

運(yùn)用C語(yǔ)言程序?qū)崿F(xiàn)信息碼的（7，4）循環(huán)碼的編譯碼，先初始化輸入信號(hào)碼源，對(duì)其進(jìn)行編碼，看編碼后的結(jié)果是否有錯(cuò)碼，如果有，則先進(jìn)行糾錯(cuò)碼，沒(méi)有則直接進(jìn)行譯碼環(huán)節(jié)，將譯碼的結(jié)果通過(guò)1602顯示屏顯示出來(lái)，最終顯示出循環(huán)碼的生成矩陣的功能。

4 Protues實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 測(cè)試方案

編碼：在矩陣鍵盤(pán)上輸入4位0和1組成的信號(hào)碼，由單片機(jī)編碼過(guò)程生成循環(huán)碼，顯示在1602顯示屏。

譯碼：編碼后的信息進(jìn)行譯碼，將其解碼后的信號(hào)碼源也顯示在液晶顯示屏上，若和原始碼源相同，則譯碼功能實(shí)現(xiàn)，將編碼后的循環(huán)碼進(jìn)行錯(cuò)1、 2、 3位的操作，通過(guò)按鍵輸入，觀察其譯碼后的結(jié)果。

4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件仿真

編碼：當(dāng)輸入信息碼為1100時(shí)，編碼后的循環(huán)碼為1100101，

譯碼：（1）當(dāng)輸入信息碼為1100101時(shí)，譯碼出的碼字為1100101

（2）隨機(jī)錯(cuò)一位，如輸入1000101，譯碼也為1100101

（3）隨機(jī)錯(cuò)兩位，如輸入1010101，譯碼出的結(jié)果為1010001，錯(cuò)兩個(gè)超過(guò)了循環(huán)碼的糾錯(cuò)能力，譯碼結(jié)果和原始信息碼的譯碼結(jié)果不同，其譯碼結(jié)果如圖1所示：

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于Protues仿真平臺(tái)，以（7，4）循環(huán)碼為例按前述的原理實(shí)現(xiàn)編碼、錯(cuò)誤譯碼和錯(cuò)誤檢測(cè)的全功能。本次設(shè)計(jì)運(yùn)用單片機(jī)的特點(diǎn)對(duì)信息碼進(jìn)行編譯碼及糾錯(cuò)，確保通信信息傳輸?shù)目煽啃砸约皞鬏斚到y(tǒng)的穩(wěn)定性，這樣能降低錯(cuò)誤碼出現(xiàn)的情況，確保編譯碼的正確性，能夠很好地改善通信質(zhì)量的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012：340-346.

[2] 劉曉麗.循環(huán)碼編碼及譯碼的分析研究[J].科學(xué)與財(cái)富，2012， （5）：32-40.

[3] 廖海紅.通信系統(tǒng)中的CRC算法的研究和工程實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2006.