汉明码编译码器的SystemView仿真设计

课程设计报告

题目：汉明码编译码器的SystemView仿真设计

学生姓名： XX

学生学号： 1008XX

系别：电气信息工程学院

专业：电子信息科学与技术

届别： 2014 指导教师： XX

2013年5月

目录

1 任务与要求 (1)

1.1 设计的目的 (1)

1.2 设计的基本内容 (1)

2 汉明码的简介 (1)

2.1 汉明码介绍 (1)

2.2 编码原理 (1)

2.3译码原理 (3)

3 SystemView软件简介 (4)

3.1 SystemView基本特点 (4)

3.2 各单元模块功能介绍及电路设计 (4)

3.3 各模块的原理及介绍 (6)

3.4 图符库选择按钮 (6)

3.5 system view 的操作步骤 (7)

3.6 分析窗的接收计算器 (8)

4 系统仿真和调试 (9)

4.1 系统整体电路图 (9)

4.2 系统测试 (10)

4.3 子系统仿真 (11)

4.4 数据分析 (12)

5 总结 (15)

5.1 设计小结 (15)

5.2 心得体会 (15)

参考文献 (16)

汉明码编译码器的SystemView仿真设计

学生：XXX

指导教师：XXX

电气学院XXXXX专业

1 任务与要求

1.1 设计的目的

这次的课程设计就是基于SystemView软件的汉明编码器编码系统仿真设计，要学会运用SystemView，理解汉明编码系统的原理，知道如何解调和调制，并用SystemView进行设计。

1.2 设计的基本内容

SystemView是一种动态系统分析软件，也是一个非常好的仿真工具。它能按照物理概念直接建立分析和仿真，对通信技术的发展起到很大的作用。本次课程设计就是利用软件SystemView对（7,4）汉明码编译码器进行可视化仿真，对信息数据的编码，传输及译码等功能的实现，充分展示了SystemView在通信仿真中灵活的应用实例。

2 汉明码的简介

2.1 汉明码介绍

汉明码是一种线性分组码，其具有很多优点。首先，线性码比非线性码更容易编码和译码。其次，线性码传送信息很快。而且码的所有码字可由它的基底表示，线性码的最小距离和它的最小重量相等。有多种检查错误的编码方式在汉明码出现之前被使用，但是没有一个可以在和汉明码相同空间消耗的情况下，得到相等的效果，校验方法为奇偶校验。奇偶校验是一种添加一个奇偶位用来指示之前的数据中包含有奇数还是偶数个1的检验方式。

2.2 编码原理

基本概念：线性分组码是一类重要的纠错码，应用很广泛。在（n，k）分组码中，若督元是按线性关系相加而得到的，则称其为线性分组码。

现在以(7,4)分组码为例来说明线性分组码的特点。设其码字为A=[a6，a5，a4，a3，a2，a1，a0]，其中前4位是信息元，后3位是监督元，可用下列线性方程组来描述该分组码，产生监督元：

a2 = a6 + a5 + a4； a1 = a6 + a5 + a3； a0 = a6 + a4 + a3

显然，这3个方程是线性无关的。

(7,4)汉明码的编码思路,编码流程见下图2.2

图2.1（7，4）汉明码编码器原理图 (7,4)汉明码的编码就是将输入的四位信息码编成七位的汉明码，即加入三位监督位。根据式（2.3.2）A = [a6 a5 a4 a3] ·G 可知，信息码与生成矩阵G 的乘积就是编好以后的(7,4)汉明码，而生成矩阵G 又是已知的，由式（2.3.3）得 1 0 0 0 1 1 1

0 1 0 0 1 1 0

G = 0 0 1 0 1 0 1

0 0 0 1 0 1 1

所以，可以得出如下方程组

a6 = a6

a5 = a5

a4 = a4

a3 = a3

a2 = a6 + a5 + a4

a1 = a6 + a5 + a3

a0 = a6 + a4 + a3

a6

a5 a4 a3

a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0

根据上式就可以编出编码程序了。

开始

输入信息编码

a3a2a1a0

根据信息码，算出监督位b2b1b0

输出编好的（7，4）汉明码

结束

图2.2编码流程

2.3 译码原理

汉明码的译码过程比编码要复杂一些，汉明码是一种能够纠正一位错码且编码效率较高的线性分组码，下面我们以（7，4）分组码为例介绍汉明码的编码原理。

汉明码的编码是对信源端发出的原始码字上加入一些监督码，得到新的码字，这的码字增加了信息的冗余，但保证了传输的质量，设其码字为A=[a6，a5，a4，a3，a2，a1，a0]，其中前4位是信息元，后3位是监督元，可用下列线性方程组来描述该分组码，产生监督元。按照上面的式子我们可以得到下面的列表1：

表1汉明码许用码组

信息码监督码信息码监督码

a6a5a4a3 a2a1a0 a6a5a4a3 a2a1a0 0000 000 1000 111

0001 011 1001 100

0010 101 1010 010

0011 110 1011 001

0100 110 1100 001

0101 011 1101 010

0110 011 1110 100

0111 000 1111 111

表1不难看出，上述(7,4)码的最小码距d0=3，它能纠1个错或检2个错。汉明码是能够纠正单个错误的线性分组码，其特点是：最小码距d0=3，码长n

与监督位满足n=2r-1的关系，通过信道传输后，并不能保证信息正确无误的传输到信宿，假设经过信道后接收到的码字为B=[b6，b5，b4，b3，b2，b1，b0]，需要对传输过来的码字进行验证，并对其进行译码，验证过程需要引入校正子S。

3 SystemView软件简介

3.1 SystemView基本特点

System View是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)描述程序。利用System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。

3.2 各单元模块功能介绍及电路设计

1）系统设计窗口

启动SystemView后就会出现如图所示的系统设计窗口，它包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计窗工作区。

图3.1系统设计窗口

系统视窗最上边一行为主菜单栏，包括：文件（File）、编辑（Edit）、参数优选（Preferences）、视窗观察（View）、便笺（NotePads）、连接（Connetions）、编译器（Compiler）、系统（System）、图符块（Tokens）、工具（Tools）和帮助（Help）共11项功能菜单。与最初的SystemView1.8相比，SystemView3.0的操作界面和对话框布局有所改变。

2）定时窗口:

设定系统定时窗口：此窗口定义系统仿真的起始和终止时间（Start Time and

Stop Time）、采样率（Sample Rate）、采样间隔（Time Spacing）、采样点表（No.ofSamples）、频率分辨率（Freq.Res.）和系统的循环次数（No.of System Loops）。系统仿真之前首先必须定义这些参数，系统定时直接控制系统的仿真。同时系统定时的设定直接影响系统仿真的精度，所以选取参数必须十分注意，这也是我们应重点注意的内容，采样频率过高会增加仿真的时间，过低则有肯能得不到正确的仿真效果。

3.3 各模块的原理及介绍

1）SystemView工具条图标介绍

图3.3SystemView工具条

以上工具条包括许多常用功能的图标快捷键，分别为：清除工作区、删除按钮、断开图符、间连接连接按钮、复制按钮、图符翻转、创建便笺、创建子系统、显示子系统、根轨迹、波特图、画面重画、停止仿真、开始仿真、系统定时、分析窗口。

3.4 图符库选择按钮

在设计窗口中间的大片区域就是设计区域，也就是供用户搭建各种系统的地方。在设计窗口的最上端一行是下拉式命令菜单行，通过调用这些菜单可以执行System View的各项功能；设计窗口中菜单行的下面，紧邻在设计区域上端一行是工具栏，它包含了在系统设计、仿真中可能用到的各种操作按钮；在工具栏的最右端是提示信息，当鼠标置于某一工具按钮上时,在该处会显示对该按钮的说明和提示信息；紧邻在设计区域左端是各种器件图标库，下面介绍些常用的几个库图标，如表3-1所示。

表3-1 常用图标

图标名称作用

用于多个图符输入输出信号的汇聚、连接，在图符连接点较连接节点

多时使用该节点功能可使设计窗口内的连线美观，有利于检查。

用于产生用户系统所需的信号源。这个库中的图符只有输出，信号源

没有输入。

子系统它代表一个复杂的子系统、子函数或仿真的子过程的图符。

加法器对输入信号进行加法操作。

算子对输入数据进行某一算子操作，如延时、平均、滤波等。

函数对输入数据进行某一指定函数操作。

乘法器对输入信号进行乘法操作。

用于实现信号的收集、显示、分析以及输出（包括输出到文件）接收器

等功能。它只有输入，没有输出。

3.5 system view 的操作步骤

(一) 选择设置信号源（Source）

选中该图标并按住鼠标左键将其拖至设计区内，这时所选中的图标会出现在设计区域中。双击设计窗口中的图标后，弹出的对话框，通过Periodic Noise/PN Aperiodic和Import按钮进行分类选择和调用。选中后单击对话框中的参数按钮Parameters，在出现的参数设置对话框中设置幅度、频率、相位。完成后分别单击参数设置和源库对话框的按钮OK，从而完成该图标的设置。

（二）选择设置分析窗（Sink）

当需要对系统中各测试点或某一图标输出进行观察时，则应放置一个分析窗（Sink）图标，一般将其设置为“Analysis”属性。Analysis图标相当于示波器或频谱仪等仪器的作用，它是最常使用的分析型图标之一。具体操作和信号源设置类似。

（三）系统定时（System Time）

System View系统是一个离散时间系统。

在每次系统运行之前，首先需要设定一个系统频率。各种仿真系统运行时，是先对信号以系统频率进行采样，然后按照系统对信号的处理计算各个采样点的值，最后在输出时，在分析窗内，按要求画出各个点的值或拟合曲线。所以，系

统定时是系统运行之前一个必不可少的步骤。如果这类参数设置不合理，仿真运行后的结果往往不能令人满意，甚至根本得不到预期的结果。

当在系统设计区域完成设计输入操作后，单击“系统定时”(System Time) 按钮，此时将出现系统定时设置（System Time Specification）对话框，如图1.19所示。用户需要设置几个参数框内的参数，包括起始时间（Start Time）和终止时间（Stop Time），采样率（Sample Rate）、采样间隔（Time Spacing）和采样点数（No. of Samples），频率分辨率（Freq.Res.），自动标尺（Auto Set No.Samples），系统循环次数（No. of System Loops）。需要注意的是采样率，一般为了获得较好的仿真波形，系统的采样率应设为系统信号最高频率的5至7倍。当采样率为系统信号最高频率的10倍以上时，仿真波形就几乎没有失真了。

3.6 分析窗的接收计算器

分析窗的一个重要的特点是帮助用户获得各种输出数据的时域和频域参数，并对其进行分析处理，比较或进一步组合运算。而接收计算器就是完成这些进一步工作的必备工具。在分析窗下面的提示栏按键就进入了接收计算器。

分析窗的接受计算器可对所选择的活动窗口进行的操作或进一步的运算主要有十一种。这些操作和运算都是以选定的活动窗口中显示的数据为基础进行运算得到一个新的窗口。例如Arithmetic算术运算是一个常用的操作，其功能有求活动窗口之和、求两个窗口之差、取反、归一化窗口、窗口相乘、曲线相乘、取倒数。

图3.6分析窗口

4 系统仿真和调试

4.1 系统整体电路图

1)系统设计过程

图4.1 设计框图

2）参数设置

用户通过在选中的图符上双击鼠标左键的方法，可以把图符库区中的通用图符添加进自己的仿真系统。这时所选中的图符会出现在设计窗口中，双击设计窗口中的图符后，图符库窗口将出现在屏幕上。图3.4是一个信号源图符库窗口的例子。

图4.2信号源图符库

图符库窗口出现后，用鼠标单击所选中的某个图符，然后再用鼠标按下“参输入信号 编码器

信道 噪声

加法器

译码器

输出信号

数”（Parameter）按钮进入参数设计窗口。

图4.3参数输入窗口

4.2 系统测试

仿真效果如下图4.4所示。

图4.4系统仿真图

仿真时的信号源采用了一个PROM（图标79），自定义输入数据内容；数据的输出由一个7419计数器（图标80）来定时驱动，每隔一秒输出一个4位数据（PROM的68位仅用了34位）经编码器子系统（图标24）编码器转换后成为7位汉明码，经过并串转换后在以加法器（图标72）和高斯噪声7（74）模拟的有

扰信道中传输，其中的并串、串并转换电路使用了扩展通信库2中的时分复用合路器（图标82）和分路器（图标83）图符，该合路器和分路器最大为16位长度的时隙转换，这里定义了7位时隙。此时由于输入输出数据的系统数据率不同，因此必须在子系统的输入端重新设置系统采样率，将系统设置为多速率系统，因为原始4位数据的刷新率为1Hz，因此编码器的输入端可设置重采样率为10Hz，时分复用合路器和分路器的数据帧周期设为1秒，时隙数位7，则输出采样率为输入采样率的7倍，即70Hz，如果要加入噪声，则噪声信源的采样率也应设为70Hz。

4.3 子系统仿真

1、编码子系统仿真

汉明码编码子系统仿真如图4.5所示，它根据汉明码的编码原理搭建。图中0-3是子系统的输入端信息源所产生的信息位；4-10是子系统的输出端，输出编码后所产生的信息位和监督位；11-13是异或模块用于加运算，是编码系统中的核心部位。

图4.5汉明码编码子系统仿真

2、译码子系统的仿真

图符25-28输入的信息位，在译码子系统中进行再编码，产生新的监督位，新的监督位与从图符46-48输出的监督位在模块34-36中相异或，当a6,a5,a4,a3错码时，根据监督关系模块34,35,36,异或的结果分别为111,110,101,011加入

模块40的译码输入线。

图4.6汉明码译码子系统仿真4.4 数据分析

系统仿真图下：

图4-2信号仿真效果图

图w7、w8、w9、w10经过编码器子系统转换后有4为码变成为了7为汉明码，w5是其输入波形并串结果，w6为加入高斯噪声后的波形，经过分路器7为汉明码有译码子系统译码输出w1、w2、w3、w4波形，w0则为其输出误码。

分析视窗的主要功能是显示系统窗中信宿（主要是Analysis块）处的给类分析波形、功率谱、眼图、信号星座图等信息，每个信宿对应一个活动波形窗口，各以多种排列方式同时或单独显示，也可将若干个波形合成在同一个窗口中显示，以便进行结果对比。

图中信源所产生的波形即a6：0001010，a5：00100111，a4：01010101，A3：11000100，它和模块PROM中的置数完全一致，信源波形经过有扰信道传输后和接收到的信宿波形也一致，仔细观察可以发现信宿波形较信源波形延迟里2s，这是由于信号在并串变换时的时延造成的，结果与实验原理相一致。该系统正确完成了信息数据的编码、传输及译码等。

通过仿真波形可以看出，输入波形与解调输出的波形时一致的，由于在信道中加入了高斯噪声，所以接收到的信号有很多高频分量，但不影响其包络依然符合传输信号的波型，包络即为信号的低频分量，这就使在接收使用低通滤波器提取包络，最终实现正确检波成为可能。从低通滤波后的波形就基本可以看出原基带信号的大致趋势，再通过设置一个合理的比较电平，就能使解调输出与基带信号的波形基本一致，只是存在少许的延迟。

5 总结

5.1 设计小结

通过System View软件对汉明编译码的仿真，可以看出，汉明码是一种编码效率极高的码形；同时，还可以看出System View作为一种基于windows平台的对系统进行设计，仿真和分析的EDA软件工具，其功能非常强大有有非常好的灵活性。

5.2 心得体会

System View软件的学习。以前没有接触这个软件，这个第一次接触这个软件，对于这个软件的了解及其熟悉是一个非常重要的方面。System View在软件中也是具有分出重要的地位的，作为我们电技的专业的人来说，熟悉使用一款以上的绘图软件是必须得。所以这次对于我来说是一个非常好的机会来学习这款软件，基本掌握了其中一些常用的软件的相关知识。对于以后进一步去掌握这款软件打下坚实的基础。

提高了动手能力。在这次课程设计中，我通过由不熟悉这款软件，到学习其中的知识，并且在书本中查找窗口中的界面的介绍，学习这款软件，并独立完成全部的内容。提高了思维能力，非常好的利用了课本的知识，结合课本的知识，把原来的绘图做了很多的改进。有些过程按照自己的设计的思维去做，最终绘制

了全部仿真波形，学以致用，这次的课程设计是一个非常好的时间机会，同时，是对于课本的知识的更深的理解。

通过本次课程设计，更使我明白了学习和实践之间的密切关系，同时也为我在以后的工作岗位上能够更好的发挥自己的能力，累积了不少的经验。

参考文献

[1] 樊昌信曹丽娜编著.通信原理.[M].北京：国防工业出版社，2006。

[2]李东生.SystemView系统设计及仿真入门与应用[M] 北京：电子工业出版社

[3]杨翠蛾.高频电子线路实验与课程设计SystemView部分[M] 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社

[4]陈萍.现代通信实验系统的计算机仿真[M] 北京;国防工业出版社

[5] 程佩青.数字信号处理教程[M] 北京：清华大学出版社.2006

[6] 康华光电子技术基础模拟部分[M]第五版.北京：高等教育出版社.2005

[7] 谢嘉奎，宣月清，冯军著.电子线路非线性部分（第五版[M].北京：高等教育出版社.1999.8。

[8] 陈永彬.数字信号处理.南京：南京工学院出版社，1987

[9] 王世一.数字信号处理.修订版.北京：北京理工大学出版社，1997

[10] 宗孔德.多抽样率信号处理.北京：清华大学出版社，1996

[11] 赵尔沅，周利清，张延平.数字信号处理实用教程.北京：人名邮电出版社，1999

[12] 李东生.System View系统设计及仿真入门与应用[M].北京：电子工业出版社.2002

[13] 陈萍.现代通信实验系统的计算机仿真.2003

[14] J.Bhasker.System入门.北京：北京航空航天出版社.2008

[15] 汪鹏君.曾小旁. 电子与信息学报第32卷第1期[J].2010

指导教师评语

成绩评定指导教师签字：

年月日答辩小组评语

成绩评定答辩小组签字：

年月日