*******************实践教学*******************兰州理工大学计算机与通信学院2012年春季学期计算机通信与网络课程设计题目：差错控制编码的编译码设计与仿真专业班级：09级通信一班姓名：李杰学号：09250106指导教师：彭铎成绩：摘要通信系统必须具备发现及检测差错的能力，并采取措施纠正，使差错控制在所能允许的尽可能小的范围内，这就是差错控制过程，也是数据链路层的主要功能之一。
本课程设计编辑了巴克码的编码和译码的程序，并实现了它的编译码过程；该程序可以对输入的5位的信息码进行巴克码编码，对于接收到的5位码字可以进行译码，从而判定是否是巴克码,整个过程是用MATLAB语言实现的。
关键词：编码；译码；MATLAB；巴克码目录前言 (1)第1章基本原理 (2)1.1 设计目的及意义 (2)1.2 巴克码与帧同步 (2)1.3 巴克码的产生和识别 (5)第2章 MATLAB软件与介绍 (8)2.1 MATLAB软件的特点 (8)2.2 现有工业控制系统 (10)2.3 MATLAB应用的工业控制系统中去的应用前景 (10)第3章仿真过程及结果分析 (11)3.1 程序流程图 (11)3.2 仿真程序 (13)3.3 程序仿真图 (15)参考文献 (20)总结 (21)致谢.................................................................................................................... 错误！未定义书签。
前言在通信系统中，同步技术起着相当重要的作用。
通信系统能否有效地、可靠地工作，很大程度上依赖于有无良好的同步系统。
通信系统中的同步可分为载波同步、位同步、帧同步等几大类。
当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波，获得此相干载波的过程称为载波提取，或称为载波同步。
而在数字通信中，消息是一串连续的信号码元序列，解调时常须知道每个码元的起止时刻。
因此，就要求接收端必须能产生一个用作定时的脉冲序列，以便与接收的每一个码元的起止时刻一一对齐。
在接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步或位同步。
数字通信中的消息数字流总是用若干码元组成一个“字”，又用若干“字”组成一“句”。
因此，在接收这些数字流时，同样也必须知道这些“字”、“句”的起止时刻，在接收端产生与“字”、“句”起止时刻相一致的定时脉冲序列，统称为群同步或帧同步。
当通信是在两点之间进行时，完成了载波同步、位同步和帧同步之后，接收端不仅获得了相干载波，而且通信双方的时标关系也解决了，这时，接收端就能以较低的错误概率恢复出数字信息。
在数字通信系统中，实现帧同步的方法通常有两种：起止式同步法和集中式插入同步法。
起止式同步比较简单，一般是在数据码元的开始和结束位置加入特定的起始和停止脉冲来表示数据帧的开始和结束。
另外在计算机RS232串口通信中通常也使用类似方法。
而在集中式插入同步法中，要求插入的同步码在接收端进行同步识别时出现伪同步的概率尽可能小，并且要求该码组具有尖锐的自相关函数以便于识别。
同时接收机端的同步码识别器要尽量简单。
目前用得比较广泛的是性能良好的巴克(Barker)码。
第1章基本原理1.1 设计目的及意义在实际的通信系统中，由于信道传输特性不理想以及加性噪声的影响，传输的信息中不可避免地会发生错误，影响通信系统的传输可靠性。
随着数字通信技术的发展，各种业务对系统误码率的要求也逐渐提高，采用差错控制编码技术是提高数字通信可靠性的有效方法之一。
差错控制编码就是在发送端的信息码元序列中，以某种确定的编码规则加入一些监督码元，使信息码元与监督码元之间具有某种相关性。
接收端通过检验这种相关性是否存在来判断在传输过程中是否出现了误码。
线性分组码、巴克码、CRC冗余校验码等都是目前较为流行的差错控制编码技术之一。
1.2 巴克码与帧同步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。
在数字通信系统中，实现帧同步的方法通常有两种：起止式同步法和集中式插入同步法。
起止式同步比较简单，一般是在数据码元的开始和结束位置加入特定的起始和停止脉冲来表示数据帧的开始和结束。
该方法在电传机中广泛使用，其中由1.5个码元宽度的高电平转换到1个码元宽度的低电平表示数据帧的开始；由1个码元宽带的低电平转换为1.5个码元宽度的7.5个码元宽度的高电平表示结束。
电报码占5个码元宽度。
另外在计算机RS232串口通信中通常也使用类似方法。
本节主要对集中式插入同步法有关的内容进行讨论和仿真。
集中插入式同步法中插入的同步码要求在接收端进行同步识别时出现伪同步的概率尽可能小，并且要求该码组具有尖锐的自相关函数以便于识别。
同时接收机端的同步码识别器要尽量简单。
目前用得比较广泛的是性能良好的巴克码（Barker）。
1.2.1 巴克码帧同步的概念比较简单，但又十分重要，在一般的移动通信系统中采用集中插入同步法，集中插入方式的帧同步码，要求在接收端进行同步识别时出现伪同步的可能性尽量小，并要求此码组具有尖锐的自相关函数，以便识别。
另外，识别器也要尽量简单，目前用得最广泛的是性能良好的“巴克码”(Barker)。
巴克码是一种具有特殊规律的二进制码组。
它是一个非周期序列，一个n位的巴克码{X1，X2，X3，···Xn。
)，每个码元只可能取值十1或一1，它的局部自相关函数为: 目前已找到的只有7个： n 巴克码组 2 ＋＋ 3 ＋＋－4 ＋＋＋－，＋＋－＋ n 巴克码组5 ＋＋＋－＋ 7 ＋＋＋－－＋－11 ＋＋＋－－－＋－－＋－ 13 ＋＋＋＋＋－－＋＋－＋－＋上述巴克码组中“＋”表示Xi 取值为十l ，“－”表示Xi 取值为－l ，以七位巴克码组{+++--+-}为例，求出它的自相关函数如下： （1.1）当j=0时，R(0)表示原序列逐位自乘后相加， 即R （0）=a1a1+a2a2+a3a3+a4a4+a5a5=5当j=1时， R(1)表示原序列与左移一位的序列逐位相乘后相加，即 R(1) ＝a1a2+a2a3+a3a4+a4a5=0同样可以求出j ＝2，3，4，5时R(j)的值分别为l ，0，l ，0。
另外，再求出j 为负值的自相关函数，两者一起画出的七位巴克码的R(j)与j 的关系曲线如图1.1所示。
由图可见，自相关函数在j ＝0时具有尖锐的峰值。
n j n j j n a a j R jn i ji i ≥<<=⎪⎩⎪⎨⎧±==∑-=+00010,)(1，，或图1.1 巴克码的自相关函数产生巴克码的方法常用移位寄存器，五位巴克码产生器如图1.2。
图1.1 巴克码产生器图1.1(a)是串行式产生器，移位寄存器的长度等于巴克码组的长度。
五位巴克码由五级移位寄存器单元组成，各寄存器单元的初始状态由预置线预置成巴克码组相应的数字。
五位巴克码的二进制数为11101，移位寄存器的输出端反馈至输入端的第一级，因此，五位巴克码输出后，寄存器各单元均保持原预置状态。
移位寄存器的级数等于巴克码的位数。
另一种是采用反馈式产生器，同样也可以产生五位巴克码，这种方法也叫逻辑综合法，此结构节省部件。
巴克码的识别仍以五位巴克码为例，用五级移位寄存器、相加器和判决器就可以组成一个巴克码识别器，如图1.3所示，各移位寄存器输出端的接法和巴克码的规律一致，即与巴克码产生器的预置状态相同。
图1.3 巴克码判决当输入数据中的1进入移位寄存器时，输出电平为＋l，而0进入移位寄存器时，输出电平为－l，识别器实际是对输入的巴克码进行相关运算。
当七位巴克码在图1.4(a)中的tl时刻已全部进入了五级移位寄存器时，五个移位寄存器输出端都输出+l，相加后得最大输出+5、若判决器的判决电平定为+5，那么，就在五位巴克码的最后一位“0”进入识别器后，识别器输出一个帧同步脉冲表示一帧数字信号的开头，如图1.4所示。
图1.4 巴克码用于帧同步1.3 巴克码的产生和识别无论用巴克码或其他码作群同步码，都必须在发送端把产生的群同步码插入到数据序列中作为群起始的标志。
群同步码的产生方法有多种：（1）可以运用二极管矩阵在规定的位上产生所需要的群同步码。
（2）可以用移位寄存器方法来产生。
计算机通信中，群同步码的产生由通信控制器用硬接线的方法完成。
移位寄存器法识别群同步码的实质就是对它的自相关函数进行运算。
移位寄存器识别器正好能完成这种运算，下面以5位巴克码（11101）为例说明移位寄存器法的识别原理。
图1.5 移位寄存器由于位同步已经建立，可以用得到的位定时信号作为移位寄存器的移位脉冲，接收码元作为输入信号送到移位寄存器中。
当该寄存器没有输入信号时，都以0信号参加相加运算。
巴克码的自相关函数在j＝0时出现尖锐相关峰，j＝0表明巴克码正好已全部移入移位寄存器。
假设判决门限电平取为+6，则识别器输出一群同步脉冲，表明已识别出群同步码。
图1.6 巴克码电平图识别器在计算巴克码的自相关函数时，假定了输入到识别器的巴克码的前后无其他信号。
但是，实际上在巴克码的前后都要传送信息码元，这时识别器输出的情况要复杂些。
假定巴克码前后的随机信息元取“0”和取“1”的概率是相等的，各为1／2，并假定收到的巴克码中没有发生任何错误。
在这种条件下，可以得到巴克码识别器的输入输出特性如下表所示。
表1-1|j| 0 1 2 3 4A 7 1 1 3 3P 1 1/2 1/4 1/8 1/16当j＝0时：即巴克码全部进入移位寄存器时。
当j=1时；表示巴克码有4位移入寄存器或者移出了1位。
当j=2时；表示巴克码有3位移入寄存器或者移出了2位。
当j=3时；表示巴克码有2位移入寄存器或者移出了3位。
当j=5时；表示巴克码没有移入寄存器或者全部移出了移位寄存器。
第2章 MATLAB软件与介绍2.1 MATLAB软件的特点MATLAB是美国MathWorks公司自20世纪80年代中期推出的数学软件，具有优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力，可以提供与矩阵有关的强大的数据处理和图形显示功能, 为软件开发人员在程序编制过程中实现数值计算和图形显示新添了又一行之有效的开发平台，所以一经推出便使其很快在数学软件中脱颖而出。
到目前为止，其最高版本7.0版已经推出。