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1、本科毕业设计(论文)题目 嵌入式信道编码研究 学院名称 电气工程与自动化学院 专业班级 通信工程08级2班 学生姓名 刘 开 宇 导师姓名 李 军 2012年 6月 6 日嵌入式信道编码研究 作 者 姓 名 刘 开 宇 专 业 通信工程 指导教师姓名 李 军 专业技术职务 讲 师 目 录摘 要1第一章 嵌入式操作系统31.1嵌入式操作系统的概述31.2嵌入式系统的发展历程31.3国外著名的实时操作系统41.4 嵌入式系统的发展趋势8第二章 信道编码92.1 信道编码及其特点92.1.1 信道编码的概念92.1.2信道编码的优势112.2信道纠错码的分类112.3 信道纠错码的效果13第三章 C
2、RC循环纠错编码143.1 CRC编码的基本原理143.1.1 CRC编码概述143.1.2 CRC编码的数学原理143.1.3 CRC校验码的算法分析153.1.4 CRC校验码的优势163.2 编码设计163.2.1代数学的一般算法163.2.2 硬件电路的实现173.2.3 软件实现17第四章 软件设计194.1 系统概述194.2 CRC循环校验码的C语言具体算法194.2.1 前言194.2.2 CRC的C语言实现194.3 串口通信214.4 软件测试24第五章 总结与展望265.1 设计总结265.2 设计展望26参考文献28致 谢29摘 要计算机网络是把分布在不同地理位置上的、
3、自治的实体用数据通信线路连接起来利用通信协议进行通信，以实现整个系统的资源共享。在网络中交换信息，实体间必须建立数据通信线路，以便高效率而又准确地传输信息。在实际应用中，无论是远程数据通信线路还是局部数据通信线路，都不可避免地要受到各种干扰的影响，使接收端收到的信息与发送端发出的信息不一致，即接收端收到的信息产生了误码。差错控制的目的是使一个不可靠的通信链路变成一个可靠的链路。我们分析差错控制编码的目的，正是为了寻求较好的编码方式，能在增加冗余不太多的前提下来实现检错和纠错。循环冗余校验(CRC)码 是由线性分组码的分支而来，其主要应用是二元码组，编码和解码方法简单，检错和纠错能力强且误判概率
4、很低，且其编码效率高，在通信领域广泛地用于实现差错控制。随着嵌入式系统的发展和大规模应用，为了提升系统的整体性能，必须实现 PC 机和嵌入式计算机之间的通信。在实际开发应用中，串口通信是不可缺少的 部分，是目前嵌入式系统与 PC 机之间一种非常重要而且普遍应用的通信方式。 本文通过基于 2410F 的嵌入式串口通信的实现,按照嵌入式系统的软、硬件结构 组成,较为详细地介绍了串口通信的硬件电路和软件实现方法。实现在 ARM 平台上与外部设备通信的基本功能。关键词：信道 循环冗余校验码 通信 嵌入式串口通信ABSTRACTThe computer network is distributed in
5、 different geographic locations, autonomous entities with data communication lines connect the communication protocol to communicate to the entire system of resource sharing. In the network to exchange information between entities must establish a data communication line, to allow for efficient and
6、accurate transmission of information. In practical applications, remote data communication lines, or local data communication lines will inevitably be subject to the influence of various interference received by the receiving end of information issued by the sender information is inconsistent, that
7、is received by the receiver the information generated error.The purpose of the error control is an unreliable communication link into a reliable link. We analyze the purpose of error control coding, precisely in order to seek better ways of coding can increase the redundancy is not too much of the p
8、remise down the error detection and correction. Cyclic redundancy check (CRC) code is a linear block code branch from its main application is the binary code group, the simple method of encoding and decoding, error detection and correction ability and the misjudgment probability is very low, and its
9、 high coding efficiency, widely used to achieve error control in the field of communication.With the development of embedded systems and large-scale applications, in order to improve overall system performance, we must realize the communication between the PC and embedded computers. In the actual de
10、velopment applications, the serial communication is an indispensable part of a very important and universal application of the means of communication between the embedded system and PC. This article is based on the realization of the the 2410F embedded serial communication, in accordance with the em
11、bedded system software and hardware structure, a more detailed description of the serial communication hardware and software implementation. To achieve the basic functionality to communicate with external devices on ARM platforms.Key words：channel; cyclic redundancy check code; communication; Embedd
12、ed serial interface communication 第一章 嵌入式操作系统1.1嵌入式操作系统的概述嵌入式操作系统EOS（Embedded OperatingSystem）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌人系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的EOS产品系列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化，EOS开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌人式操作系统在系统实时高效
13、性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。EOS是相对于一般操作系统而言的，它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外，还有以下特点： (1)可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。 (2)强实时性。EOS实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。 (3)统一的接口。提供各种设备驱动接口. (4)操作方便、简单、提供友好的图形GUI，图形界面，追求易学易用. (5)提供强大的网络功能，支持TCP门P协议及其它协议，提供TCPUDPIPPPP协议支持及统一的MAC访问层接口，为各种移动计算设备预留接口. (6)强稳定性，弱交互性。
14、嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预，这就要负责系统管理的EOS具有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接口一般不提供操作命令，它通过系统调用命令向用户程序提供服务。 (7)固化代码。在嵌入系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸，而用各种内存文件系统. (8)更好的硬件适应性，也就是良好的移植性. 1.2嵌入式系统的发展历程嵌入式操作系统与嵌入式系统密不可分。嵌入式系统主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，它是集软硬件于一体的
15、可独立工作的“器件”。 嵌入式技术的发展，大致经历了四个阶段1。 第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。 第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这一阶段的操作系统具有一定的兼容性和扩展性，但用户界面不够友好。 第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块
16、化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（API），开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。 第四阶段是以基于Internet 为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着Internet的发展以及 Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。 嵌入式系统的发展对嵌入式操作系统提出了更高的要求。因此，对嵌入式操作系统的结构、设计、用户界面等诸多方面进行深入研究，将有助于嵌入式系统的应用和发
17、展。1.3国外著名的实时操作系统国外实时操作系统已经从简单走向成熟，有代表性的产品主要有VxWorks，QNX，Palm OS，Windows CE等，占据了机顶盒、PDA等的绝大部分市场2。其实，实时操作系统并不是一个新生的事物，从20世纪80年代起，国际上就有一些IT组织、公司开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。 (1) VxWorksVxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种实时操作系统。VxWorks拥有良好的持续发展能力、高性能的内核以及良好的用户开发环境，在实时操作系统领域内占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、
18、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通信、军事演习、导弹制导、飞机导航等。在美国的F-16、FA-18战斗机，B-2隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器上也使用了VxWorks。它是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。它支持多种处理器，如x86，i960，Sun Sparc，Moto-rola MC68xxx，MIPS RX000，Power PC， ARM ， StrongARM等。大多数的VxW-orksAPI是专有的。(2) QNXQNX是一个实时的、可扩充的操作系统；它部分遵循POSIX相关标准，如POSIX
19、.1b 实时扩展；它提供了一个很小的微内核以及一些可选的配合进程。其内核仅提供4种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间中运行。所有其他操作系统服务都实现为协作的用户进程，因此QNX内核非常小巧(QNX4x大约为12KB)，而且运行速度极快。这个灵活的结构可以使用户根据实际的需求，将系统配置成微小的嵌入式操作系统或包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统。 POSIX 表示可移植操作系统接口(Portable Operating SystemInterface,缩写为POSIX 是为了读音更像UNIX)电气和电子工程师协会(IEEE）最初开发POSIX 标准,是
20、为了提高UNIX 环境下应用程序的可移植性。然而,POSIX 并不局限于UNIX.许多其它的操作系统,例如DEC OpenVMS 和Windows NT ,都支持POSIX标准,尤其是IEEE Std.1003.1-1990(1995 年修订)或POSIX.1, POSIX.1 提供了源代码级别的C 语言应用编程接口（API）给操作系统的服务程序,例如读写文件.POSIX.1 已经被国际标准化组织(ISO)所接受，被命名为ISO/IEC 9945-1:1990 标准。POSIX 现在已经发展成为一个非常庞大的标准族，某些部分正处在开发过程中。POSIX 与IEEE 1003 和2003 家族的
21、标准是可互换的(3) Palm OS3Com公司的Palm OS在掌上电脑和PDA市场上占有很大的市场份额。它有开放的操作系统应用程序接口(API)，开发商可以根据需要自行开发所需的应用程序。目前共有3500多个应用程序可以运行在Palm Pilot上。其中大部分应用程序均为其他厂商和个人所开发，使Palm Pilot的功能得以不断增多。这些软件包括计算器、各种游戏、电子宠物、地理信息等。在开发环境方面，可以在Windows 95/98/NT以及Macintosh下安装Palm Pilot Desktop。 Palm Pilot可以与流行的PC平台上的应用程序(如Word，Excel等)进行数
22、据交换。(4) Windows CEMicrosoft Windows CE是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。操作系统的基本内核至少需要200KB的ROM。(5) LynxOSLynx Real-time Systems的LynxOS是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统,它遵循POSIX.1a，POSIX.1b和POSIX.1c标准。LynxOS支持线程概念，提供256个全局用户线程优先级；提供一些传统的、非实时系统的服务特征，包括基于调用需求的虚拟内存， 一个基于Motif
23、的用户图形界面，与工业标准兼容的网络系统以及应用开发工具。Motif 是开放软件基金（OSF）于1989年推出的一个图形用户界面系统。由于它融合了多种图形用户界面产品中的优点，因此得到了 OSF 的所有成员及广大第三方厂商的广泛支持。目前 Motif 已作为软件产品在 OS/2、Unix、Sys V、OSF/1、VMS、Macintosh OS、Ultrix 等48中操作系统平台上实现，并可在PC、工作站、小型机和大型机等各种计算机系统上运行。为了讲清楚 Motif 是什么概念.先讲一下图形用户界面系统的层次结构（详细的知识大家查阅），一般的图形用户界面系统由六个层次构成：桌面管理系统、用户模
24、型、窗口模型、显示模型、操作系统、硬件平台.Motif 位于用户模型层.它建立在 X Window 系统之上,也就是说它以 X Window 系统做显示模型的窗口模型。 Motif 由工具箱（Motif Toolkit）、用户界面语言（UI-L）、窗口管理程序（MWM）、风格指南文档（Style Guide）等四部分组成：Motif Toolkit 是一个具体的 X Toolkit 产品，它包括 Xt Intrinsics、Motif 对象元类集合和操纵这个对象元类集合的简便函数等三个部分。利用 Motif 开发的应用程序通常可分为两个部分：一部分是有关应用程序界面的代码；另一部分是关于应用程
25、序具体功能的代码。一般来说，应用程序中这两个部分是不会相互干扰的。比如说菜单项位置的变动、标图的更换就都不会影响应用程序的功能。基于上述事实，Motif 引入了用户界面语言来解决用户界面的描述问题。像其他窗口管理程序一样，Motif 的窗口管理程序提供了一个对屏幕上的窗口进行管理的手段，同时它页强化了用户界面视感的一致性.MWM 支持 Motif 风格指南所描述的各种窗口操作及显示窗口时的各种约定。Motif 的风格指南以文档的形式说明了在 Motif 环境下开发应用程序时应遵守的规范。(6)嵌入式Linux随着Linux的迅速发展，嵌入式Linux现在已经有许多的版本，包括强实时的嵌入式Li
26、nux(如新墨西哥工学院的RT-Linux和堪萨斯大学的KURT-Linux)和一般的嵌入式Linux 版本(如uClinux和Pocket Linux等)。其中，RT-Linux通过把通常的Linux任务优先级设为最低，而所有的实时任务的优先级都高于它，以达到既兼容通常的Linux任务又保证强实时性能的目的。另一种常用的嵌入式Linux是uClinux，它是针对没有MMU的处理器而设计的。它不能使用处理器的虚拟内存管理技术，它对内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。它专为嵌入式系统做了许多小型化的工作。由于嵌入式系统越来越追求数字化、网络化和智能化，因此原来在某些设备或
27、领域中占主导地位的软件系统越来越难以为继，因为要达到上述要求，整个系统必须是开放的、提供标准的API，并且能够方便地与众多第三方的软硬件沟通。Linux主要特点如下：Linux是开放源码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发的强大技术后盾；Linux的内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮、效率高；Linux易于定制裁剪，在价格上极具竞争力；Linux不仅支持x86 CPU，还可以支持其他数十种CPU芯片；有大量的且不断增加的开发工具，这些工具为嵌入式系统的开发提供了良好的开发环境；Linux沿用了Unix的发展方式，遵循国际标准，可以方便地获得众多第三方软硬件厂商
28、的支持；Linux内核的结构在网络方面是非常完整的，它提供了对十兆/百兆/千兆以太网、无线网络、令牌网、光纤网、卫星网等多种联网方式的全面支持。在图像处理、文件管理及多任务支持等诸多方面，Linux的表现也都非常出色，不仅可以充当嵌入式系统的开发平台，本身也是嵌入式系统应用开发的好工具。 (7)uC/OSuC/OS是源码公开的实时嵌入式操作系统。uC/OS-的主要特点如下：公开源代码，系统透明，很容易就能把操作系统移植到各个不同的硬件平台上。可移植性强，uC/OS-绝大部分源码是用ANSI C写的，可移植性 (Portable)较强。而与微处理器硬件相关的那部分是用汇编语言写的，已经压到最低限
29、度，使得uC/OS- 便于移植到其他微处理器上。 可固化，uC/OS-是为嵌入式应用而设计的，这就意味着，只要开发者有固化(ROMable) 手段 (C编译、连接、下载和固化) ，uC/OS-可以嵌入到开发者的产品中成为产品的一部分。可裁剪，通过条件编译可以只使用uC/OS-中应用程序需要的那些系统服务程序，以减少产品中的uC/OS-所需的存储器空间 (RAM和ROM) 。 占先式，uC/OS-完全是占先式 (Preemptive) 的实时内核，这意味着uC/OS-总是运行就绪条件下优先级最高的任务。大多数商业内核也是占先式的，uC/OS-在性能上和它们类似。实时多任务，uC/OS-不支持时间
30、片轮转调度法 (Round-roblin Scheduling) 。该调度法适用于调度优先级平等的任务。可确定性，全部uC/OS-的函数调用与服务的执行时间具有可确定性。由于uC/OS-II仅是一个实时内核，这就意味着它不像其他实时操作系统那样提供给用户的只是一些API函数接口，有很多工作往往需要用户自己去完成。把uC/OS-移植到目标硬件平台上也只是系统设计工作的开始，后面还需要针对实际的应用需求对uC/OS-进行功能扩展，包括底层的硬件驱动、文件系统、用户图形接口 (GUI) 等，从而建立一个实用的RTOS。 1.4 嵌入式系统的发展趋势信息时代，数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展契机
31、，为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战，从中我们可以看出未来嵌入式系统的几大发展趋势： a嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。 目前很多厂商已经充分考虑到这一点，在主推系统的同时，将开发环境也作为重点推广。比如三星在推广Arm7，Arm9芯片的同时还提供开发板和版及支持包（BSP），而WindowCE在主推系统时也提供Embedded VC作为开发工具，还有Vxworks的Tonado开发环境，DeltaOS的Limda编译环境等等都是这一趋势的典型体现。当然，这也是市场竞争
32、的结果。 b网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、带宽的提高日益提高，使得以往单一功能的设备如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，结构更加复杂。 这就要求芯片设计厂商在芯片上集成更多的功能，为了满足应用功能的升级，设计师们一方面采用更强大的嵌入式处理器如32位、64位RISC芯片或信号处理器DSP增强处理能力，同时增加功能接口，如USB，扩展总线类型，如CAN BUS，加强对多媒体、图形等的处理，逐步实施片上系统（SOC）的概念。软件方面采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。如HP c网络互联成为必然趋势。 未来的嵌入式
33、设备为了适应网络发展的要求，必然要求硬件上提供各种网络通信接口。传统的单片机对于网络支持不足，而新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口，除了支持TCPIP协议，还有的支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口中的一种或者几种，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。软件方面系统系统内核支持网络模块，甚至可以在设备上嵌入Web浏览器，真正实现随时随地用各种设备上网。 d精简系统内核、算法，降低功耗和软硬件成本。 未来的嵌入式产品是软硬件紧密结合的设备，为了减低功耗和成本，需要设计者尽量精简系统内核，只保留和系统功能紧密相关的软硬件，利用最低的资源实
34、现最适当的功能，这就要求设计者选用最佳的编程模型和不断改进算法，优化编译器性能。因此，既要软件人员有丰富的硬件知识，又需要发展先进嵌入式软件技术，如Java、Web和WAP等。 e提供友好的多媒体人机界面 嵌入式设备能与用户亲密接触，最重要的因素就是它能提供非常友好的用户界面。图像界面，灵活的控制方式，使得人们感觉嵌入式设备就象是一个熟悉的老朋友。这方面的要求使得嵌入式软件设计者要在图形界面，多媒体技术上痛下苦功。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像都会使使用者获得自由的感受。目前一些先进的PDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，但一般的嵌入式设备距离这个要求还
35、有很长的路要走。第二章 信道编码2.1 信道编码及其特点2.1.1 信道编码的概念（1）信道的概念信道是通信系统中重要部分，它是传输信息的载体，其任务是以信号方式传输信息、存储信息。因而研究信道就是研究信道中理论上能够传输或存储的最大信息量，及信道的容量问题。研究信道的容量主要考虑信道中的干扰的影响，接下来我们要研究的信道编码主要是减少这种干扰3。（2）信道编码的概述信息是一种抽象的内涵，必须依附某种有型的载体才能传输，这种载体就叫信号。信道编码是以信息在信道上的正确传输为目标的编码，可分为两个层次：一是如何正确接收有用信息的信号；二是如何避免少量信号对信息内容的影响。通信原理课程内容侧重于前
36、者，比如在数字基带信号传输中讨论的编码，主要目标或是为了消除直流分量，或是改造信号频谱，以适应信道特性，或是为了便于在信号流中提取时钟频率，或是为了数字信号的透明传输。还有的是为了压缩占用带宽、抑制码间串扰，如部分相应系统。然而，从信息论的角度来看信道编码是指第二层次的编码，及差错控制编码，包括各种形式的纠错、检错码，可统称为纠错编码。纠错编码的理论体系属于信息理论，但纠错编码的实现离不开有形载体的信号理论，因此信息的编码与信号的编码有天然联系，却又不能等同。一般来说，线路编码也有一定的就检错能力，比如当码型违背了约定的编码规则时，可判决为差错，但这毕竟不是线路码主流，而且这些码的就检错能力也
37、极其有限，不足以承担差错控制任务。信道编码又可称为信道纠错编码或者差错控制编码。它在数字通信系统中的作用是为了提高系统数据传输的可靠性。信道编码是在要传输的数字码流中人为地加入一些多余的码元，这些多余的码元是按照一定的规律加入的，其目的是使原来互不相关的数据序列变为相互关联。接收端根据信息码元与多余码元之间的相关规则进行校验，检出错误或纠正错误。这些多余的码元被称为校验码元或监督码元。信息在传输过程中经受着来自各方面的干扰，包括通信设备各个器件的缺陷和内部噪声干扰、信道中存在的各种干扰，如高频信道的衰落、天电干扰等，所有这些干扰都会影响信息的传输可靠性。若不对信息进行信道编码而直接将其送入信道
38、，则由于其没有任何检、纠错能力而导致收端收到的信息无可靠性4。（3）信道编码的本质信道编码的本质是增加通信的可靠性，或者说增加整个系统的抗干扰性。纠错编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的。（4）信道编码的几点要求（a）通透性：要求对所传信息的内容不加任何限制；（b）有与信道相适应的频谱特性；（c）有纠错能力；（d）效率高：为了与信道频谱匹配和具有纠错能力，通常要向原信号添加一些码，要求加入最少的比特数而得到最大的利益；（e）包含适当的定时信息；（f）包含适当的信号电平信息；（g）包含帧同步信息；（h）差错扩散度低。在这些要求中，除编码的必须信息外，所做的
39、处理主要有两条：一是要求码列的频谱特性适应通道的频谱特性，从而使传输过程中能量损失最小，提高信号能量与噪声能量的比例，减少发生差错的可能性；二是增加纠错能力，使得即便出现差错，也能得到纠正。前者要用到频谱成形技术，后者则要用到检错纠错编码。（5）信道编码公式编码率公式： 公式（2-1）其中，fb指信息速率，为ft指经过编码以后的速率。误码率公式： 公式（2-2）R0指信道的截止速率，CR为某个常数，n为编码的约束长度。 2.1.2信道编码的优势信息在传输过程中经受着来自各方面的干扰，包括通信设备各个器件的缺陷和内部噪声干扰、信道中存在的各种干扰，如高频信道的衰落、天电干扰等，所有这些干扰都会影
40、响信息的传输可靠性。若不对信息进行信道编码而直接将其送入信道，则由于其没有任何检、纠错能力而导致收端收到的信息无可靠性。采用信道编码虽然减少了信道的有效性，但很好提高了信道的有效性。这也正是其优势所在，随着技术的进步，信道编码的效率也越来越高。2.2信道纠错码的分类（1）差错分类 一、随机差错 随机差错一般由白噪声引起，表现为随机地出现。其特点是前后码元差错没有任何关系，是相互独立的。产生这种差错的信道称为随机信道或无记忆信道。 二、突发差错 这种差错的特点是前后差错具有相关性，表现为差错成串地出现。我们把第一个错误与最后一个错误之间的长度称为突发长度，用b表示（2）根据纠正差错的类型进行分类
41、图2-1 纠错码的分类在众多的分组码中，线性分组码与我们联系紧密，接下来我们做重点研究。线性分组码（a）概述：分组码线性是指码组中码元的约束关系是线性的, 而分组则是对编码而言。他可以用近似代数理论中有限维有限域的矩阵来描述。线性分组码实际上是利用线性空间的扩展, 即由原来的k 维扩展到n 维, 利用被扩展的(n - k ) 维来发现、纠正信道传输中的差错。一个n ，k线性分组码， 是把信息划成k个码元为一段(称为信息组)， 通过编码器变成长为n个码元的一组， 作为n，k线性分组码的一个码字。 若每位码元的取值有q种(q为素数幂)， 则共有qk个码字。 n长的数组共有qn组， 在二进制情况下，
42、 有2n个数组。 显然， qn个n维数组(n重)组成一个GF(q)上的n维线性空间。 如果qk(或2k)个码字集合构成了一个k维线性子空间， 则称它是一个n ，k线性分组码。即将k维k重信息空间的元素线性映射到n维n重矢量空间（接收矢量/收码） 的k维n重子空间（码空间）。对于二元（n,k）分组码，编码钱K个符号携带k比特信息，编码后需n个符号才能传送k比特信息。 (b)线性分组码的重要分支-线性循环码循环码简介一个(n, k ) 线性分组码, 如果每个码字经过任意循环移位后仍然是一个线性分组码, 那么此码就是一个循环码。循环码是线性分组码中最主要、最有用的一类。循环码的主要特点是: 他可以用
43、反馈线性移位寄存器很容易的实现其编码和伴随式计算。循环码的分类BCH 码BCH 码是一类重要的循环码, 能纠正多个随即错误(汉明码只能纠单个错误)。由于具有纠错能力强、编码简单、译码较容易实现等优点而被广泛采用。RS 码RS 码是一种特殊的、q (q 2) 进制的BCH 码。当q= 2m (m 1) 时, 码元符号取自域GF (2m ) 的二进制RS 码可用来纠正突发错误和随机错误(特别是突发错误) , 这种编码在变参信道中很有用。他是一种最大距离码, 他的最小汉明距离等于设计距离5。2.3 信道纠错码的效果图2-3 2psk有无信道编码性能比较8由上图可知在较高信噪比的时候编码增益很明显大大
44、提高了误码性能。通过MATLAB软件仿真有无信道编码的误码情况6。（1）运行环境为Matlab7.0版本（2）采用模块化编程，7力求把每个功能独立成各个模块，让程序更清晰。（3）结果如图2-3所示第三章 CRC循环纠错编码3.1 CRC编码的基本原理3.1.1 CRC编码概述CRC的英文全称为Cyclic Redundancy Check（Code），中文名称为循环冗余校验（码）。它是一类重要的线性分组码，编码和解码方法简单，检错和纠错能力强，在通信领域广泛地用于实现差错控制。循环冗余校验CRC的全称为Cyclic Redundancy Check。CRC在本质上一种缩短循环码，是分组码的一种
45、特例，同时由于编码后的前k位是信息，所以是一种系统循环码。由于CRC是几种特别生成多项式的循环码，所以具有循环码的所有性质，因此对CRC码的研究就是对循环码研究进行拓展。CRC校验码实际上是由原始数据位串和紧跟其后的与G(x)位串少一位的冗余位串组成,只要求出此位串,发送方即可将原始数据和冗余位串装配成一CRC位串序列后再发送。CRC校验码译码非常简单,只需从接收到的正确CRC校验码尾部截掉与G(x)位串等长冗余位串,余下的部分即为原始数据位串。CRC校验码错误检测按模2除法运算,用接收到的CRC位串除以G(x)位串,看是否能够除尽即可确定。CRC校验码的基本思想是利用线性编码理论，在发送端根
46、据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的监督码r位，并附在信息后边，构成一个新的二进制码序列数共(k+r)位，最后发送出去。在接收端，则根据信息码和冗余码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。接收方将接收到的二进制序列数（包括信息码和冗余码）除以多项式，如果余数为0，则说明传输中无错误发生，否则说明传输有误。用软件计算CRC码时，接收方可以将接收到的信息码求冗余码，比较结果和接收到的冗余码是否相同 7。3.1.2 CRC编码的数学原理CRC 校验采用多项式编码方法。多项式乘除法运算过程与普通代数多项式的乘除法相同。多项式的加减法运算以2 为模，加减时不进，错位，和逻辑异或运算一致8.。采用 CRC 校验时，发送方和接收方用同一个生成多项式g（x）,并且g（x）的首位和最后一位的系数必须为1。CRC 的处理方法是：发送方以g（x）去除t（x），得到余数作为CRC 校验码。校验时，以计算的校正结果是否为0 为据，判断数据帧是否出错。CRC 校验可以100地检测出所有奇数个随机错误和长度小于等于k（k 为g（x）的阶数）的突发错误。所以CRC 的生成多项式的阶数越高，那么误判的概率就越小。CCITT 建议：2048 kbit/s
