卷积码差错控制系统仿真讲解

1、移动通信课程设计报告课程设计题目：卷积码差错捽制系统仿真系 ：学生姓名： 班 级： 学 号： 成 绩： 指导教师:开课时间:2012-2013学年 2 学期第一章引言11.1 题目11.2 课程设计的目的11.3 课程设计的主要内容和要求 1第二章课程设计原理22.1 卷积码的定义22.2 卷积码的编码原理 22.3 卷积码的译码过程22.4 维特比译码22.4.1 维特比译码原理22.4.2 维特比译码过程3第三章仿真过程53.1 仿真模拟框图53.2 各部件的配置6第四章系统运行代码1.14.1 系统运行源代码1.1结论12心得体会13参考文献14第一章引言1.1 题目卷积码差错控制系统的

2、仿真1.2 课程设计的目的移动通信也是一门实践性非常强的课程，实验教学在整个课程的教学中占据 了非常重要的地位。在学生学习了现代通信原理、数字信号处理（DS啦术）等课程后，学生已经具有了一定的理论基础和实验技能， 在此基础上本实验课程开 设的主要作用和目的在于：1 .帮助学生更好地理解移动通信系统，掌握各种移动通信系统的模型2 .帮助学生熟悉常用的通信系统仿真平台， 学习仿真模型的设计，掌握通信 系统的仿真方法，学会利用仿真软件对系统性能进行评价；1.3课程设计的主要内容和要求（1）课程设计的主要内容：1 .系统包括信源部分、信道部分和信宿部分。2 .信源部分的数据源是随机的二进制序列，随机的

3、二进制序列要经过卷积 编码，经过编码的数据要进行调制。（子系统实现）3 .信道部分对调制后的信号进行加噪。4 .信宿部分完成信号的解调和译码（维特比译码）。（子系统实现）5 .对不同编码方式、不同信噪比下维特比译码的误比特率并画出图形。（2）课程设计的要求：1 .要有详细的设计过程。即整个系统的仿真设计的选择，功能模块的设计 过程和参数的选择，程序的调试过程等。2 .整个系统模型的仿真、调试结果。第二章课程设计原理2.1 卷积码的定义卷积码(convolutional code)是由伊利亚斯(p.Elias)发明的一种非分组码。在前 向纠错系统中，卷积码在实际应用中的性能优于分组码，并且运算较

4、简单。2.2 卷积码的编码原理卷积码在编码时将k比特的信息段编成n个比特的码组，监督码元不仅和当 前的k比特信息段有关，而且还同前面m=(N-1)个信息段有关。通常将N称为编 码约束长度，将nN称为编码约束长度。一般来说，卷积码中 k和n的值是比较 小的整数。将卷积码记作(n,k,N)。2.3 卷积码的译码过程代数解码：利用编码本身的代数结构进行解码， 不考虑信道的统计特性。大 数逻辑解码，又称门限解码，是卷积码代数解码的最主要一种方法， 它也可以应 用于循环码的解码。大数逻辑解码对于约束长度较短的卷积码最为有效， 而且设 备较简单。概率解码：又称最大似然解码。它基于信道的统计特性和卷积码的特

5、点进行 计算。针对无记忆信道提出的序贯解码就是概率解码方法之一。另一种概率解码方法是维特比算法。当码的约束长度较短时，它比序贯解码算法的效率更高、 速 度更快，目前得到广泛的应用。2.4 维特比译码2.4.1 维特比译码原理维特比译码算法基本原理是：将接收到的信号序列和所有可能的发送信号序 列比较，选择其中汉明距离最小的序列认为是当前发送序列。从时间单元j=m开始，计算进入每个状态的路径的汉明距离。存储每个状态 的路径(即幸存路径)以及最小汉明距离。这里存储的路径通常是该状态所 对应的幸存路径上的前一状态值。j增加1。计算进入每一个状态所有路径的汉明距离。这个汉明距离是进入 该状态的分支度量加

6、上在与该分支相连的前一步的幸存路径的度量值0对于每个状态，共有2k个这样的度量值，从中选出并存储最优路径(汉明距离最 小的路径)并保存最小汉明距离。如果j<L+m.重复步骤2,直到结束。在整个过程中，这样就可以得到一条汉 明距离最小的最优路径。2.4.2 维特比译码过程以(2,1,4)为例，具体分析维特比译码过程。维特比译码的前提是建立合适的网格图，以便寻找最优路径。或者可以认为， 维特比译码的关键是寻找最优路径。 在实际的译码操作过程中，怎样建立网格以 及建立网格后的路径的选择是译码的关键问题。如所示，图 2-1为(2,1,4)码的状 态转移图，图2-2为(2,1,4)码的网格图。注意

7、：由于D1D2D3表示的顺序不同，所产生的网格图和状态转移图也不 同，并且译码过程是根据网格图实现，所以本文所以涉及的维特比译码方法具有 一定的特殊性，但是整体过程还是具有研究价值。D1D2D3V1V2/in11/000101001111010010111011/100/010/0010/101/110/001/011/1图2-1根据图2-2所示的（2,1,4）码的网格图，可以发现D1D2D3决定了从000111 的8个状态。并且进一步观察网格图可以发现从状态 000-011是由输入的信息位 0产生，从状态100-111是由输入的信息位1产生。此外，以001状态为例，可 以看出状态001是由状

8、态010和状态011产生。由上面可知，假设当前状态为i, 那么在前一时刻中，产生状态i的两个状态是2*i和2*i+1。根据i是否小于4, 来判断状态i是由信息位0还是信息位1生成。进一步可以推知指向状态i的前 一时刻的两个状态生成的码组，这样便于以判断汉明距离。01011001011011011011101010101111111111111111111111111图2-2网格图建立之后，根据接收码组和网格图中生成的码组比较，判断最优路径。 假设某一时刻的状态i,首先判断前一时刻所有状态中，是哪两个状态指向当前 状态i；其次，根据这两个指向当前状态i的状态生成的码组和前一时刻接收的 码组比较，

9、保留汉明距离最小的那条路径以及到达状态 i时的最小汉明距离。下 一时刻，同样操作，但是保留的最小汉明距离是前面最小汉明距离累加。在所有的接收码组处理完之后，会得到一组汉明距离以及所对应的最优路 径。比较选择出最小的汉明距离，那么该最小汉明距离所对应的路径即为最优路 径。如图2-2所示，其中红线表示计算得到的最优路径。观察其变化规律，可以 发现，假设i时刻的状态和第（i+1）时刻比较得知，若第（i+1）时刻小于第i时亥ij, 那么对应代表实际信息中0;若大于，则为1。然后逐次比较译出信息值。第三章仿真过程3.1 仿真模拟框图S u电 mSu bsjfEtemii图3-1总电路框图说明：信源模块对

10、随机二进制信号进行卷积码和二进制相位调制，输出基带调制信号；信道模块是一个有噪声信道；信宿模块对调制信号进行软判决译码， 得到原始信息序列，并且计算调制信号的误码率。图3-2信源模块电路框图图3-3信宿模块电路框图3.2 各部件的配置1） Bernoulli Binary Generator伯努利发生器（贝努利二进制序列产生器）的参数设置15?| x|2） Convolutional Encoder （卷积码编码器）的参数设置Block ParMeters： Couvoluti omaJ. EncoderConwo1ut iona1 Encod«r (m&耳k) (1ink)

11、 CowolutioM 1 It encode tiinarz 蕊t电.Use the polr2trellis funicUon to create a trel lis ueinf the const raiikt lnEth code e&neTator (octal) and feedback coimect ion Cocta.1).Us电 the istrellis fuxietion in KAlTLAB to cheek if a structure is a valid trellis structure.-ParametersTrellis structure:|

12、STRUCTVKEReset： I On 电包 ch f raimeOKCancelHslpApply3） 1、BPSK Modulator Baseband （二进制相位调制模块）的参数设置3） 2、AWGN Channel（加性高斯白噪声模块）的参数设置3） 1、BPSK Demodulator Baseband （二进制相位解调模块）的参数设置3） 2、Viterbi Decoder（维特比译码器）的参数设置4） 1、Error Rate Calculation（误码率发生器）的参数设置4） 2、Display （显示输出模块）的参数设置5） Selector （选择模块）的参数设置6）

13、 To Workspace （工作空间模块）的参数设置第四章系统运行代码4.1系统运行源代码x=-10:5;% y表示信号的误比特率，它的长度与x相同y=x;%准备一空白图形hold off;%定义不同卷及方式时的Trellis结构A=poly2trellis(9,557 663 711),poly2trellis(7,171 133);%不同卷积方式、信噪比情况下重复运行untitledl,检验不同条件下硬判决译码的性能for j=1:2%卷积方式分别取1/3卷积和1/2卷积STRUCTURE=A(j);%新到的信噪比依次取x中的元素for i=1:length(x)SNR=x(i);%运行

14、仿真程序，误比特率保持在工作区变量BitErrorRate中sim('untitled');%计算BitErrorRate的均值作为本次仿真的误比特率y(i)=mean(xl);end%绘制x和y的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标semilogy(x,y);hold on;endgrid on;执行上述文件，得到的关系曲线图，随着信道信噪比的提升，维特比译码所 得结果的误比特率越低，信道的可信度越高，信道的误码率开始明显降低。心得体会为期一周的课程设计结束了，在这个星期里，我通过已学的课本知识，并 结合图书馆的资料，对照老师给的实验指导，有计划的完成了课程设计。达到 了预期的目标

15、，收获了很多！在课程设计的过程中，我在老师的指导下，认真对照参考文献、实验指导 以及课本相关知识，针对卷积码差错控制在理论和实现两方面分别进行了较深 的学习与实践。首先通过网络和书籍查找有关本次课题的资料，然后利用Matlab 软件和Simulink仿真画出画出一个总电路图，同时还要再画出信源、信道和信 宿三部分的电路图，其中将输入和输出都建立成子系统模式， 最后将信源和信宿 两部分的电路加到总电路图的输入输出中。 运行代码出来图，从中可知信道信噪 比与译码器的误比特率之间关系。在具体操作时，也曾出现过错误，比如设置具体参数时不够精准导致图形运 行不出，或者程序编写时由于粗心而出现小的错误，导致编译出错。当然在我们改正错误的过程中我们也收获了很多。对这次课程设计的内容也有了更加深入的 理解了！通过这星期的课程设计我收获的不仅仅是更加深入的专业知识，更为我们未来工作熟练运用Matlab打下了坚实的基础。参考文献1邓华等MATLA选信仿真及应用实例详解人民邮电出版社 20042张威编MATLAB础与编程入门西安电子科技大学出版社20083邓华Matlab通信仿真及应用实例详解北京人民邮电出版社20034主编 李贺冰SIMULIN