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文档简介
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
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