verilog的汉明码（15,11）编解码器的设计与仿真(附件)【字数：15298】
摘 要摘 要在数字通讯传输系统中，数字信号的传输容易受到干扰，因此码元波形会遭到破坏，使得在接收端接收到的信号会产生错误的判决。采用均衡的办法纠正由乘性干扰引起的码间串扰，采用差错控制的措施来解决加性干扰带来的影响。为了提高信息传输的高效可靠性，引入了差错控制的技术，即采用一种可靠高效的信道编码方法来实现，这已经成为信道传输过程中抗干扰的有效手段。汉明码，奇偶校验码，循环冗余代码以及其它的编码技术被广泛应用于计算机、电子通讯、控制等领域。汉明码就是一种能够实现可靠传输，纠正错码的线性分组码。本课题就将介绍基于Verilog的汉明码（15,11）的设计与实现，在Quartus II软件上实现汉明码的编码与解码，并通过ModelSim仿真软件进行仿真，从而实现传输的差错控制。本文首先介绍了EDA 的可编程逻辑的设计环境Quartus II, ModelSim语言仿真软件。然后介绍了硬件描述语言Verilog HDL。最后介绍了汉明码的编码、解码的原理。根据对汉明码编码、解码原理的掌握和理解，在Quartus II软件上写出Verilog语言。根据ModelSim仿真得到的波形，从而验证了基于Verilog的汉明码的编解码器的可行性。关键词 Quartus II ；Verilog HDL语言；ModelSim仿真；(15,11)汉明码
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 发展背景和国内外研究现状 2
1.3 课题的研究内容 3
1.4 课题框架 3
第二章 EDA技术 4
2.1 EDA概述 4
2.2 Quartus II软件 4
2.2.1 Quartus II概述 4
2.2.2 Quartus II软件流程 5
2.3 ModelSim仿真软件 6
2.3.1 ModelSim简介 6
2.3.2 ModelSim仿真的步骤 7
第三章 Verilog HDL 10
3.1 Verilog 简介 10
3.2 Verilog的基础知识 11
3.2.1 模块 11
3.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
.2 数据类型 11
3.2.3 基本语法规则 13
3.3 Verilog 与VHDL 13
第四章 汉明码的编解码设计 14
4.1 汉明码的原理 14
4.1.1 汉明码的简介 14
4.1.2 (15,11)汉明码的生成矩阵G 14
4.1.3 (15,11)汉明码的监督矩阵H 15
4.1.4 标准阵列解码法 17
4.1.5 (15,11)汉明码的校正子S 19
4.2 (15,11)汉明码的编码设计 21
4.2.1 汉明码编码原理 21
4.2.2 汉明码编码设计 24
4.2.3 编码代码设计 26
4.2.4 编码仿真波形及其分析 26
4.3 (15,11)汉明码的解码设计 28
4.3.1 汉明码解码原理 28
4.3.2 汉明码解码设计 28
4.3.3 解码代码设计 30
4.3.4 解码仿真波形及其分析 31
4.4 (15,11)汉明码编解码连接 32
结 语 34
致 谢 35
参考文献 36
第一章 绪 论
1.1 研究背景及意义
这几年来，通信传输技术和大规模集成电路发展速度很快，数字通信系统越来越占主流地位。数字通信系统具备抗噪声性能强，数字信号易于加密，适用于长距离的传输等优点。但是在通信传输系统中不可避免的要受到外界的影响和干扰，或者是由于传输系统本身的一些原因，可能会导致传输过程中信息会出现失真。这个时候就需要寻找一种方法能够实现信息的高效可靠地传输。
可靠性和高效性是评价通信传输系统的有效指标。但是这两个性能不可能同时得到更好的改善。所以选择了折中的方法，在满足一定高效性的前提下，尽可能的实现传输的可靠性。为了实现可靠性，在数字传输系统中引入差错控制技术是一种解决办法。差错控制技术是在数字通信中对传输中的错误进行控制通过编码方式，用来提高传输的正确性和有效性的技术。差错控制技术由差错检测、前向纠错（FEC）、自动请求重发（ARQ）三方面组成。
差错检测的具体工作原理如图11所示。常用的差错检测技术有奇偶校验法、循环冗余法、算术检验和法等等。奇偶校验法就是在数据的尾部加上奇偶校验位，使得数据中的比特“1”的个数为奇数（奇校验）或者偶数（偶校验）。本课题所使用的汉明码就是一种采用奇偶校验法来检测数据传输错误的线性分组码。
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图11 差错检测原理图
本课题是基于Verilog的（15,11）汉明码在Quartus II环境下，进行汉明码的编解码器的设计，通过ModelSim进行仿真。本课题使用EDA完成，EDA技术是电信、通信等电气类相关专业的基础学科，本课题的研究对于将来从事的实际工作都有一定的帮助。并且由于现在网上关于Verilog的汉明码代码都是7位的，所以该课题为后来人进行更多信息码元的汉明码编解码研究，提供了一定的参考。
1.2 发展背景和国内外研究现状
在通信编码方面，发展的速度是十分迅猛的，而且在未来有无限大的发展空间，编码理论在20世纪30、40年代才开始形成。在1928年，美国电信工程师提出了著名的采样定理，即奈奎斯特定理，为连续信号的离散化奠定了基础。1948年美国应用数学家C.E.香农在《通信中的数学理论》一文中提出信息熵的概念，为信源编码奠定了理论基础。1949年香农在《有噪声时的通信》一文中提出了信道容量的概念和信道编码定理，为信道编码奠定了理论基础。在纠错编码方面：1948年香农就提出一位纠错码(码字长=7,信息码元数=4)。1949年出现三位纠错的格雷码(码字长=23，信息码元数=12)。1950年美国数学家R.W.汉明发表论文《检错码和纠错码》，提出著名的汉明码，对纠错编码产生了重要的影响。
而在数字通信系统中，基本都离不开编码，是指为了达到某种目的而对信号进行的一种变换，其逆变换称为译码或解码。系统中的编码器分为两大类：一类是信源编码，另一类是信道编码。信源编码的目的是解决通信的有效性问题。信道编码的目的是解决通信可靠性问题，是对信源编码器输出的信号进行再变换，包括区分通路、适应信道条件和提高通信可靠性而进行的编码。采用信道编码后，在信息码后增加了监督位，这样就可以增加了码元之间的相互关联，在接收端根据相应的译码规则，就能够察觉传输中有无误码，甚至能自动纠正错误。我们把建立在代数学基础上的编码称为代数码。在代数码中，常见的是线性码。在线性码中信息位和监督位是由一些线性代数方程联系着的。增加了冗余，必然降低了传输效率，却赢得了提高可靠性的好处。那么为了纠正一位错码，在分组码中最少要增加多少监督位才行呢？编码效率能否提高呢？从这种思想出发进行研究，便导致了汉明码的诞生。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 发展背景和国内外研究现状 2
1.3 课题的研究内容 3
1.4 课题框架 3
第二章 EDA技术 4
2.1 EDA概述 4
2.2 Quartus II软件 4
2.2.1 Quartus II概述 4
2.2.2 Quartus II软件流程 5
2.3 ModelSim仿真软件 6
2.3.1 ModelSim简介 6
2.3.2 ModelSim仿真的步骤 7
第三章 Verilog HDL 10
3.1 Verilog 简介 10
3.2 Verilog的基础知识 11
3.2.1 模块 11
3.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
.2 数据类型 11
3.2.3 基本语法规则 13
3.3 Verilog 与VHDL 13
第四章 汉明码的编解码设计 14
4.1 汉明码的原理 14
4.1.1 汉明码的简介 14
4.1.2 (15,11)汉明码的生成矩阵G 14
4.1.3 (15,11)汉明码的监督矩阵H 15
4.1.4 标准阵列解码法 17
4.1.5 (15,11)汉明码的校正子S 19
4.2 (15,11)汉明码的编码设计 21
4.2.1 汉明码编码原理 21
4.2.2 汉明码编码设计 24
4.2.3 编码代码设计 26
4.2.4 编码仿真波形及其分析 26
4.3 (15,11)汉明码的解码设计 28
4.3.1 汉明码解码原理 28
4.3.2 汉明码解码设计 28
4.3.3 解码代码设计 30
4.3.4 解码仿真波形及其分析 31
4.4 (15,11)汉明码编解码连接 32
结 语 34
致 谢 35
参考文献 36
第一章 绪 论
1.1 研究背景及意义
这几年来，通信传输技术和大规模集成电路发展速度很快，数字通信系统越来越占主流地位。数字通信系统具备抗噪声性能强，数字信号易于加密，适用于长距离的传输等优点。但是在通信传输系统中不可避免的要受到外界的影响和干扰，或者是由于传输系统本身的一些原因，可能会导致传输过程中信息会出现失真。这个时候就需要寻找一种方法能够实现信息的高效可靠地传输。
可靠性和高效性是评价通信传输系统的有效指标。但是这两个性能不可能同时得到更好的改善。所以选择了折中的方法，在满足一定高效性的前提下，尽可能的实现传输的可靠性。为了实现可靠性，在数字传输系统中引入差错控制技术是一种解决办法。差错控制技术是在数字通信中对传输中的错误进行控制通过编码方式，用来提高传输的正确性和有效性的技术。差错控制技术由差错检测、前向纠错（FEC）、自动请求重发（ARQ）三方面组成。
差错检测的具体工作原理如图11所示。常用的差错检测技术有奇偶校验法、循环冗余法、算术检验和法等等。奇偶校验法就是在数据的尾部加上奇偶校验位，使得数据中的比特“1”的个数为奇数（奇校验）或者偶数（偶校验）。本课题所使用的汉明码就是一种采用奇偶校验法来检测数据传输错误的线性分组码。
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图11 差错检测原理图
本课题是基于Verilog的（15,11）汉明码在Quartus II环境下，进行汉明码的编解码器的设计，通过ModelSim进行仿真。本课题使用EDA完成，EDA技术是电信、通信等电气类相关专业的基础学科，本课题的研究对于将来从事的实际工作都有一定的帮助。并且由于现在网上关于Verilog的汉明码代码都是7位的，所以该课题为后来人进行更多信息码元的汉明码编解码研究，提供了一定的参考。
1.2 发展背景和国内外研究现状
在通信编码方面，发展的速度是十分迅猛的，而且在未来有无限大的发展空间，编码理论在20世纪30、40年代才开始形成。在1928年，美国电信工程师提出了著名的采样定理，即奈奎斯特定理，为连续信号的离散化奠定了基础。1948年美国应用数学家C.E.香农在《通信中的数学理论》一文中提出信息熵的概念，为信源编码奠定了理论基础。1949年香农在《有噪声时的通信》一文中提出了信道容量的概念和信道编码定理，为信道编码奠定了理论基础。在纠错编码方面：1948年香农就提出一位纠错码(码字长=7,信息码元数=4)。1949年出现三位纠错的格雷码(码字长=23，信息码元数=12)。1950年美国数学家R.W.汉明发表论文《检错码和纠错码》，提出著名的汉明码，对纠错编码产生了重要的影响。
而在数字通信系统中，基本都离不开编码，是指为了达到某种目的而对信号进行的一种变换，其逆变换称为译码或解码。系统中的编码器分为两大类：一类是信源编码，另一类是信道编码。信源编码的目的是解决通信的有效性问题。信道编码的目的是解决通信可靠性问题，是对信源编码器输出的信号进行再变换，包括区分通路、适应信道条件和提高通信可靠性而进行的编码。采用信道编码后，在信息码后增加了监督位，这样就可以增加了码元之间的相互关联，在接收端根据相应的译码规则，就能够察觉传输中有无误码，甚至能自动纠正错误。我们把建立在代数学基础上的编码称为代数码。在代数码中，常见的是线性码。在线性码中信息位和监督位是由一些线性代数方程联系着的。增加了冗余，必然降低了传输效率，却赢得了提高可靠性的好处。那么为了纠正一位错码，在分组码中最少要增加多少监督位才行呢？编码效率能否提高呢？从这种思想出发进行研究，便导致了汉明码的诞生。
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