簡述簡易循環碼編譯碼器設計

陰歡歡

摘 要 通信系統可靠性要求系統可靠地傳輸消息，而信道編碼旨在解決可靠性問題。循環碼屬于線性代碼，具有嚴密的代數理論基礎，具有良好的錯誤檢測和糾正功能。循環碼編譯電路大多用移位寄存器和模2構成的線性時序網絡來完成。基本電路簡單，容易實現，但在體積和功能擴展上受到了限制而不能發揮更大的作用。本設計充分運用單片機的軟件功能進行編碼及譯碼糾錯，可有效克服來自通信信道的干擾，保證數據通信的可靠及系統的穩定，使誤碼率大幅度的降低。只要改變軟件算法，即可適用于不同微機、不同字長的需要。

關鍵詞 信道編碼；循環碼；單片機；編譯碼；可靠

前言

信息在有線或無線信道傳輸時，受外界干擾或信噪比惡化的影響，信息的傳遞容易發生錯誤，需要有效檢測出錯狀況，進行糾錯，保證信息傳輸的質量。前向糾錯編碼技術在發送端引入冗余可以實現檢錯和糾錯，一種廣泛應用前向糾錯碼循環碼它是線性分組碼中最重要的一種類別碼，不光具備分組碼的線性性質，還具有自身的循環性[1]。現階段國內外基于循環碼編譯碼方法的研究都取得了很大的進展，例如循環碼在衛星通信與移動通信方面中起到很重要的作用。采用單片機編程的方法可以實現循環碼編譯碼，成本小，通過軟件升級可以適配多種碼型。

1 循環碼編譯碼原理

1.1 循環碼特點

循環碼隸屬于線性代碼，具有嚴密的代數理論基礎，良好的錯誤檢測和糾正功能，具有如下特點[2]：循環碼具有線性碼的封閉性，意味著線性碼中的任何兩個碼組總和仍為這種碼中的一個碼組。兩個信息碼組之間的長度差一定是后一個信息碼組的權重，碼的最小距離等同于碼的最小權重。循環碼還具有循環的性質，任一碼組不管是從按左到右還是從右到左方向循環移位，仍為該碼中的一個碼組。

1.2 編碼原理

設信息元多項式表達式：

編碼步驟可以歸納如下：

⑴用信息集合m（x）乘以信息集得到，這種運算操作其實就是在信息碼后添加上（n-k）個“0”。

⑵然后將得到的除以g（x），得到商Q（x）和余式r（x）/ g（x），可得該余式分子r（x），又叫作校驗多項式，從而得到該信息碼的對應多項式表達式.

1.3 譯碼原理

由于可以通過多項式生成任意碼組T（x），使得在接收端可以將接收碼組R（x）可以用生成多項式g（x）去除。如果計算后的結果，那么在傳輸中沒有發現錯誤則表示收到的碼字正確；如果，則說明收到的碼字出現錯誤[3]，可得循環碼的譯碼方法為：將接收的碼字R（x）用生成多項式g（x）去除，如果r（x）為0則無錯；若不為0否則有錯，如果有錯，則查表。

2 循環碼編譯碼器系統硬件設計

循環碼編譯碼器系統由單片機最小系統，外圍電路包括按鍵輸入，液晶顯示組成。將原始數據輸入到單片機內，通過按鍵將產生的循環碼還原成原始數據從而實現譯碼的功能，在譯碼過程中也有糾正的功能，若不慎出現錯碼，將其糾正還原成原來的數據。

3 軟件及仿真設計

運用C語言程序實現信息碼的（7，4）循環碼的編譯碼，先初始化輸入信號碼源，對其進行編碼，看編碼后的結果是否有錯碼，如果有，則先進行糾錯碼，沒有則直接進行譯碼環節，將譯碼的結果通過1602顯示屏顯示出來，最終顯示出循環碼的生成矩陣的功能。

4 Protues實驗結果

4.1 測試方案

編碼：在矩陣鍵盤上輸入4位0和1組成的信號碼，由單片機編碼過程生成循環碼，顯示在1602顯示屏。

譯碼：編碼后的信息進行譯碼，將其解碼后的信號碼源也顯示在液晶顯示屏上，若和原始碼源相同，則譯碼功能實現，將編碼后的循環碼進行錯1、 2、 3位的操作，通過按鍵輸入，觀察其譯碼后的結果。

4.2 系統設計硬件仿真

編碼：當輸入信息碼為1100時，編碼后的循環碼為1100101，

譯碼：（1）當輸入信息碼為1100101時，譯碼出的碼字為1100101

（2）隨機錯一位，如輸入1000101，譯碼也為1100101

（3）隨機錯兩位，如輸入1010101，譯碼出的結果為1010001，錯兩個超過了循環碼的糾錯能力，譯碼結果和原始信息碼的譯碼結果不同，其譯碼結果如圖1所示：

5 結束語

本文基于Protues仿真平臺，以（7，4）循環碼為例按前述的原理實現編碼、錯誤譯碼和錯誤檢測的全功能。本次設計運用單片機的特點對信息碼進行編譯碼及糾錯，確保通信信息傳輸的可靠性以及傳輸系統的穩定性，這樣能降低錯誤碼出現的情況，確保編譯碼的正確性，能夠很好地改善通信質量的問題。

參考文獻

[1] 樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].北京：國防工業出版社，2012：340-346.

[2] 劉曉麗.循環碼編碼及譯碼的分析研究[J].科學與財富，2012， （5）：32-40.

[3] 廖海紅.通信系統中的CRC算法的研究和工程實現[D].北京：北京郵電大學，2006.