一、实验目的
1.学习差错控制编码的基本概念
2.掌握差错控制编码中最流行的卷积码的编码方法。
二、
数字通信原理实验箱卷积编码实验原理
1.差错控制编码的基本概念
信道就是信息传输和存储的媒介，在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及噪声的影响，所收到的数字信号不可避免的会发生错误。为了在已知信噪比的情况下达到一定的误比特率指标，首先应合理设计基带信号，选择调制解调方式，采用频域均衡和时域均衡使误比特率尽可能地降低。但若误比特率仍不能满足要求，则必须采用信道编码，即差错控制编码，将误比特率进一步降低，以满足指标要求。
差错控制编码的基本做法是：在发送端，被传输的信息序列上被附加了一些监督码元，这些多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联。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关系将受到破坏，从而可以发现错误，纠正错误。
在上述差错控制系统中使用的信道编码有多种类型，在数据编码技术的实际应用中，二进制卷积码最值得注意，在同样的传输速度和设备复杂性条件下，卷积码的性能也较优。
2.卷积码的编码
卷积码编码器的一般形式如下图所示，包括一个由N段组成的输入移位寄存器，每段有K级，共N×k位寄存器；一组n个模2和相加器；一个n级输出移位寄存器。对应于
图5-1 卷积码编码器的一般情况
每段K个比特的输入序列，输出n个比特。
由上图所示，n个输出比特不但与当前的K个输入比特有关，而且与以前（N-1）×k个输入信息比特有关。整个编码过程看成是输入信息序列与由移位寄存器和模2和连接方式所决定的另一个序列的卷积，卷积码即由此得名。通常把N称为约束长度（约束长度的定义并无统一标准，有的书和文献中把N×n或（N-1）称为约束长度）。常把卷积码记作（n，K，N）。它的编码效率为K/n。描述卷积码的方法有两种，解析表示和图解表示。以图5-2所示的（2,1,3）卷积码为例介绍这两种表示方法。
（2,1,3）卷积码编码器如图5-2所示，图中的加号为模2和。
卷积码的图解表示有树状图、网格图和状态图3种。树状图表示法这里不详细介绍。
图5-2 （2，1，3）卷积码编码器
网格图
如图5-2所示的卷积码，网络图中的实线对应于输入比特0，虚线对应于输入比特1，如图5-3所示。网络图中支路上标注的码元为输出比特，自上而下4行节点分别表示a，b，
图5-3 （2，1，3）卷积码网格图
c，d等4种状态。一般情况下应有 种状态，从第N节（从左向右记数）开始，
图5-4 （2，1，3）卷积码状态图
网络图图形开始重复，而且完全相同。
状态图
取出已达到稳定状态的一节图格，得到图5-4所示的状态图。再把目前状态与下一行状态重叠起来，即可得到反应状态转移的状态图。
当给定输入信息序列和起始状态时，可以用上述3种图解表示法的任何一种，来找出输出序列和状态变化路径。
3、例：卷积码编码器如图5-2所示，若起始状态为a，输入序列为1101 1100 1000 1100
1100，求输出序列和状态变化路径。
解：由卷积码的网格图表示，找出编码时网格图中的路径如图5-5所示，由此可得到输出序列和状态变化路径。
图5-5 （2,1,3）卷积码的编码过程和路径
4、用单片机AT89C2051（U401）实现8位序列的卷积编码，如图5-6所示。8位输入序列由拨线开关（SW401）的第1-8设置，由单片机AT89C2051的P1口读入，并从DATA3（见TP401，SW401设置的数据）引脚循环串行输出，可用示波器观察该8位输入信号；在对8位输入序列进行编码时，增加了1位起始位为1，2位停止位00，因此是对11位序列进行卷积编码，编码后为22位输出序列，由DATA1端（见TP402）循环输出，为了观察方便，在22位输出序列后再连续输出10位0，因此DATA1输出信号（见TP402）的周期为32位，大家注意，DATA1信号的输出速率是DATA3信号（见TP401）输出速率的2倍。
拨线开关（SW401）的第9位的状态设置是否人为产生误码，由P3.7读入，当状态为0时，不产生误码，卷积码输出端DATA1（见TP402）和有误码卷积码的输出端DATA2的输出信号（见TP403）完成一样；当状态为1时，人为地把已编码好的卷积码（由DATA1端输出）的某一位取反后，由DATA2端输出见（TP403）。这时DATA1和DATA2的信号有一位不一致。可用示波器观察比较DATA1（TP402）和DATA2（TP403）上的信号。
三、实验步骤及内容
1.设置拨线开关。
把拨线开关（SW401）的第1-8设置输入序列为0DCH（开关拨到上面为1，下面为0）。
2.对8位输入序列进行卷积码的编码。
若起始状态为a，由实验原理中所述的方法得出输出序列和状态变化路径。
3.系统对8位输入序列0DCH增加一位起始位1和两位停止位00后的11位序列进行卷积编码（波形见TP401），由实验原理中所述的方法得出输出序列。
4.设置拨线开关的第9位状态为1（即开关拨到上面），不产生误码。用双踪示波器观察DATA1(见TP402)和DATA2(见TP403)两端的信号是否一样；与3、中得出的输出序列进行比较，是否一样。
5.设置拨线开关的第9位状态为0（即开关拨到下面），产生误码。用双踪示波器观察DATA1和DATA2两端的信号是否一样；若不一样，观察是第几位不一样。
6.用双踪示波器观察DATA1(见TP402)和DATA3(见TP401)信号的输出速率（每秒多少比特位）分别是多少？
