基于Matlab的213卷積碼譯碼器的設計與仿真

1、2007級學生數(shù)字通信原理課程設計 數(shù)字通信原理課程設計報告書課題名稱基于matlab的（2，1，3）卷積碼譯碼器的設計與仿真姓 名學 號院、系、部物理與電信工程系專 業(yè)通信工程指導教師2010年 1 月 15 日一、 設計任務及要求設計目的本課程設計主要解決對一個卷積碼序列進行維特比(viterbi)譯碼輸出,并通過matlab軟件進行設計與仿真。卷積碼的譯碼有兩種方法軟判決和硬判決。本課程設計便是通過matlab設計一個硬判決維特比譯碼輸出的完整電路，并進行誤碼率分析。設計要求本課程設計主要解決對一個卷積碼序列進行維特比(viterbi)譯碼輸出,并通過matlab軟件進行設計與仿真，并進

2、行誤碼率分析。在課程設計中，程序設計與仿真均采用matlab 7.6.0(r2008a)，最后仿真詳單與理論分析一致 指導教師簽名： 2010年 1 月 15日 二、指導教師評語：指導教師簽名： 2010年 1 月 15日 三、成績 驗收蓋章 2010年 1 月 15日 基于matlab的（2，1，3）卷積碼譯碼器的設計與仿真1、設計目的本課程設計主要解決對一個卷積碼序列進行維特比(viterbi)譯碼輸出,并通過matlab軟件進行設計與仿真。卷積碼的譯碼有兩種方法軟判決和硬判決。本課程設計便是通過matlab設計一個硬判決維特比譯碼輸出的完整電路，并進行誤碼率分析。2、設計要求本課程設計主

3、要解決對一個卷積碼序列進行維特比(viterbi)譯碼輸出,并通過matlab軟件進行設計與仿真，并進行誤碼率分析。在課程設計中，程序設計與仿真均采用matlab 7.6.0(r2008a)，最后仿真詳單與理論分析一致。3、整體設計方案3.1 設計原理采用概率譯碼的基本思想是：把已接收序列與所有可能的發(fā)送序列做比較，選擇其中碼距最小的一個序列作為發(fā)送序列。如果發(fā)送l組信息比特，那么對于(n,k)卷積碼來說，可能發(fā)送的序列有2kl個，計算機或譯碼器需存儲這些序列并進行比較，以找到碼距最小的那個序列。當傳信率和信息組數(shù)l較大時，使得譯碼器難以實現(xiàn)。維特比算法則對上述概率譯碼做了簡化，以至成為了一種

4、實用化的概率算法。它并不是在網(wǎng)格圖上一次比較所有可能的2kl條路徑(序列)，而是接收一段，計算和比較一段，選擇一段最大似然可能的碼段，從而達到整個碼序列是一個最大似然值得序列。下面圖3.1是(2，1，3)卷積碼編碼器所編出的碼。為了能說明解碼過程，該碼的狀態(tài)圖，如圖3.2所示。圖3.1 (2,1,3)卷積碼編碼器圖3.2 (2,1,3)卷積碼狀態(tài)圖3.2、 matlab中卷積碼維特比譯碼器的設計整個設計的結構框圖如圖3.3圖3.3 整體設計結構模塊框圖可見，本設計由3個子系統(tǒng)組成：信源模塊對隨機二進制信號進行卷積碼和二進制相位調制，輸出基帶調制信號；信道模塊是一個有噪聲信道；信宿模塊對調制信號

5、進行軟判決譯碼，得到原始信息序列，并且計算調制信號的誤碼率。信源模塊由貝努利二進制序列產生器、卷積碼編碼器以及二進制相位調制3個模塊組成，如圖3.4所示圖3.4 信源模塊系統(tǒng)框圖本設計使用相對較簡單的一個加性高斯白噪聲信道作為噪聲信道，它在二進制相位調制信號中疊加高斯白噪聲。信道模塊如下圖3.5所示。圖3.5 信道模塊示意圖信宿模塊在接收到二進制相位調制信號后，首先由bpsk demodulator baseband (二進制相位解調模塊)對信號進行量化，得到硬判決量化信號，然后通過viterbi decoder(維特比譯碼器)對軟判決信號實施譯碼。譯碼輸出信號和信源模塊產生的原始信號輸入到e

6、rror rate calculator(誤比特率統(tǒng)計模塊)中，統(tǒng)計得到的數(shù)據(jù)一方面通過display(顯示模塊)顯示出來，另一方面通過一個selector(選擇器)把其中的第一個元素(即編碼信號的誤比特率)保存到工作區(qū)變量biterrorrate中。將此完整設計保存，命名為convh.mdl。信宿模塊如下圖3.6所示。圖3.6 信宿模塊sink4、系統(tǒng)仿真及分析4.1 簡化維特比譯碼器的仿真為了驗證譯碼模塊的正確性，便讓其進行最簡模式運行，為此，臨時設計一個簡化信號系統(tǒng)，關閉信道噪聲，不進行二進制相位的調制與解調，去掉誤比特率統(tǒng)計模塊。為了能看到輸入二進制碼和譯碼輸出二進制碼，增加了兩個to

7、 workspace(結果輸入到工作區(qū)模塊)將。to workspace1模塊和to workspace模塊的變量名分別設置為pdata和data。整個系統(tǒng)模塊框圖如圖4.1所示。圖4.1 簡化譯碼模塊框圖運行仿真()，在matlab的命令窗口中輸入pdata和data分別得到相應的二進制序列。對所得序列分別截圖，可得如圖4.2所示結果?？梢姡g碼器能夠正確進行譯碼，所設計簡化譯碼器正確，因而，從理論上可推導，原設計正確。圖4.2 簡化譯碼器仿真結通過對convh.mdl文件進行仿真，證明設計正確，但因所得二進制碼太多，此處便不進行截圖證明。4.2 、matlab中卷積碼譯碼器的誤碼率分析編制

8、m文件convolutionh.m，使convh.mdl在不同的信噪比條件下重復執(zhí)行前面建立的項目convh.mdl。然后繪制信道的信噪比與編碼信號誤比特率之間的關系曲線圖。m文件代碼如下：x=-10:5 ; %x表示信噪比y=x; %y表示信號的誤比特率hold off; %準備一個空白圖形for i=1:length(x) %重復運行convh.mdl，檢驗不同條件下硬判決譯碼的性能snr=x(i); %信道的信噪比依次取x中的元素sim('convh'); %運行仿真程序，得到的誤比特率保存在工作區(qū)變量biterrorrate中y(i)=mean(biterrorrate

9、); %計算biterrorrate的均值作為本次仿真的誤比特率endsemilogy(x,y); %繪制x和y的關系曲線圖，縱坐標采用對數(shù)坐標hold on %保持已經(jīng)繪制的圖形執(zhí)行此m文件，得到如圖4.3所示的關系曲線圖。圖4.3 convolutionh.m運行結果由此圖可見，隨著信道信噪比的提升，維特比譯碼所得結果的誤比特率越低，信道的可信度越高，信噪比在大于-2時信道的誤碼率開始明顯降低。5、心得體會此課程設計對整個通信系統(tǒng)包含的編碼、傳輸和譯碼都進行了設計與仿真，從這些過程中我們看到了通信系統(tǒng)的基本工作原理。通過整個卷積碼系統(tǒng)的設計與仿真，使我們加深了對卷積碼的理解，掌握維特比譯碼的基本思路，知道如何進行誤碼率分析從而選者合適的信道傳輸信號，更重要的是學會了使用matlab作為學習工具來對我們的通信系統(tǒng)進行設計和仿真等操作，這對我們以后的學習和工作有著重要意義。參考文獻1 rodger e.ziemer，roger l.peterson 著. 尹長川，郝建軍，羅濤 等 譯. 數(shù)字通信基礎 (introduction to digital communication). 原書第2版. 北京：機械工業(yè)出版社，2005.1：56-892 樊昌信，張甫翊，徐炳祥，吳成柯. 通信原理.第5版. 北京：國防工業(yè)出