通信原理课程设计卷积码差错控制系统的仿真

1、移动通信课程设计报告课程设计题目：卷积码差错控制系统的仿真 系 ： 三 系 学生姓名：张欣班 级： 通信工程（1）班 学 号： 20100306117 成 绩：指导教师： 马 英 辉 开课时间： 20122013 学年 2 学期目 录第一章 引言- 1 -1.1 题目- 1 - 1 - 1 -第二章 原理- 2 - 2 - 2 -2.4维特比译码原理 ：- 4 -第三章 仿真过程- 7 -3.1 仿真模拟框图- 7 -3.2 各部件的配置- 8 -结 论- 12 -心得体会- 13 -参考文献- 14 -附 录- 15 -第一章 引言1.1 题目卷积码差错控制系统的仿真移动通信也是一门实践性非

2、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（DSP技术）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）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

3、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）课程设计的主要要求：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 原理卷积码是1955年由爱里斯(Elias)提出的一种性能优越的信道编码。他通常用( n，K，N)表示，他是把K个信息比特编成n个信息比特,但K和n通常很小，特别适宜于以串行方式传输信息，延时小。N为编码约束长度，说明编码过程中互相约束的码段个数。卷积码编码后的n个码元不仅与当前组的k

4、个信息比特有关，而且与前N一1个输入组的信息比特有关。编码过程中相互关联的码元有N×n个。R=kn是卷积码的码率，码率和约束长度是衡量卷积码的两个重要参数。卷积码广泛应用在无线通信标准中，如GSM，CDMA2000，IS一95中。卷积码将k个信息比特编成n个比特，但k和n通常很小，特别适合以串行形式进行传输，时延小。与分组码不同，卷积码编码后的n个码元不仅与当前段的k个信息有关，还与前面的N-1段信息有关，编码过程中互相关联的码元个数为nN。卷积码的纠错性能随N的增加而增大，而差错率随N的增加而指数下降。在编码器复杂性相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。图2-1 卷积码的编码器出发

5、,每次向右延伸一个分支（对于lL,从每个节点出发都有 2=2种可能的延伸,其中L是信息序列段数,对lL，只有一种可能,并与接收数字相应分支进行比较,计算它们之间的距离，然后将计算所得距离加到被延伸路径的累积距离值中。对到达每个状态的各条路径（有2=2条）的距离累积值进行比较，保留距离值最小的一条路径，称为幸存路径（当有两条以上取最小值时，可任取其中之一）,译码过程如图。图中标出到达各级节点的幸存路径的距离累积值。对给定 R的估值序列为=(10111)。这种算法所保留的路径与接收序列之间的似然概率为最大，所以又称为最大似然译码。这种译码的译码 约束长度常为编码约束长度的数倍，因而可以纠正不多于(

6、df/2)个错误图2-2 Viterbi 译码流程2.4维特比译码原理 ：下面以图2-3的(2，1，3)卷积码编码器所编出的码为例，来说明维特比解码的方法和运作过程。为了能说明解码过程，这里给出该码的状态图，如图2-4所示。图2-4 (2,1,3)卷积码状态图图2-3 (2,1,3)卷积码编码器维特比译码需要利用图来说明移码过程。根据卷积码画网格的方法，我们可以画出该码的网格图，如图2-5所示。该图设输入信息数目L=5，所以画L+N=8个时间单位，图中分别标以0至7。这里设编码器从a状态开始运作。该网格图的每一条路径都对应着不同的输入信息序列。由于所有可能输入信息序列共有2kL个，因而网格图中

7、所有可能的路径也为2kL条。这里节点a=00，b=01，c=10，d=11。图2-5 (2,1,3)卷积码网格图由于该卷积码的约束长度为6位，因此先选择接收序列的前6位序列R1=(010101)同到达第3时刻的可能的8个码序列(即8条路径)进行比较，并计算出码距。该例中到达第3时刻a点的路径序列是(000000)和(111011)，他们与R1的距离分别为3和4；到达第3时刻b点的路径序列是(000011)和(111000)，他们与R1的距离分别为3和4；到达第3时刻c点的路径序列是(001110)和(110101)，他们与R1的距离分别为4和1；到达第3时刻d点的路径序列是(001101)和(

8、110110)，他们与R1的距离分别为2和3。上述每个节点都保留码距较小的路径作为幸存路径，所以幸存路径码序列是(000000)、(000011)、(1101001)和(001101)，如图2-6所示。用于上面类似的方法可以得到第4、5、6、7时刻的幸存路径。图2-6 维特比译码第3时刻幸存路径需要指出的是，对于某个节点，如果比较两条路径与接收序列的累计码距值相等时，则可以任意选者一条路径作为幸存路径，吃时不会影响最终的译码结果。在码的终了时刻a状态，得到一条幸存路径。如果图2-7所示。由此可看到译码器图2-7 第8时刻幸存路径输出是R和R序列，可以看到在译码过程中已纠正了在码序列第1和第7位

9、上的差错。当然如果差错出现太频繁，以致超出卷积码的纠错能力，还是会发生纠误的。第三章 仿真过程3.1 仿真模拟框图图3-1 总电路框图说明：信源模块对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 信道模块电路框图图3-4 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2）Convolutional Encoder（卷积码编码器）的参数设置3）BPSK

10、 Modulator Baseband（二进制相位调制模块）的参数设置4）AWGN Channel（加性高斯白噪声模块）的参数设置5）BPSK Demodulator Baseband（二进制相位解调模块）的参数设置6）Viterbi Decoder（维特比译码器）的参数设置7）Error Rate Calculation（误码率发生器）的参数设置8）Display（显示输出模块）的参数设置9）Selector（选择模块）的参数设置10）To Workspace（工作空间模块）的参数设置结 论执行上述文件，得到的关系曲线图，由图4-1见，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，

11、信道的可信度越高，信道的误码率开始明显降低。心得体会做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。通过一周的课程设计中，我通过结合课本知识，对照实验指导，有计划、有目的地完成自身设计的课程目标。 通过这次的卷积码差错控制的系统仿真设计与制作，让我了解了Matlab软件，了解了移动通信理念。但是最后的成品却不一定与理想的不太一样，因为，在实际有着各种各样的条件制约着。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。 在做课程设计的过程中，我在老师的指

12、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。在实验过程中对照实验指导书，一步一步对照讲解，实践、掌握了Matlab的卷积编码和差错控制算法应用过程，将其拓展到Simulink模块仿真方面的应用。在老师的帮助下，进一步培养了我们一丝不苟的科学态度和不厌其烦的耐心。在实验的过程中我们互相讨论互相合作，使得我们的实验得以顺利完成。所有的这些心得会对我以后的学习和工作有帮助作用，忠心感谢马老师实验过程中的谆谆教导；忠心感谢学校给我们提供这次实验机会。最后，通过这样的实践让我对所学的理论知识更加理解，更加明白。因为只是通过学习课本上的

13、知识，在实际应用中不能很好的运用，而借助这个软件我可以更好的运用,也能更好的锻炼自己，提高自身的分析能力、解决问题的能力。参考文献 1 邓华等.MATLAB通信仿真及应用实例详解M.人民邮电出版社 2004 2 张威编.MATLAB基础与编程入门M.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M.北京人民邮电出版社 20034 主编 李贺冰 副主编 袁杰萍.SIMULINK通信仿真教程M.国工业 出版社 20065 孙祥，徐流美，吴清.M.北京清华大学出版 社 20056 姜楠，王健.信息论与编码理论M.清华大学出版社 2010年7 李环，任波，华宇宁. 通信系统仿真设计与应用M.电子工业出版 社 20098 徐明远，邵玉斌 .MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用M.西 安科技大学出版社 2010附 录系统运行源代码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 STRUCT