通信課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、長(zhǎng)沙理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告 學(xué) 院 計(jì)算機(jī)與通信工程 專 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 曹敦 課程成績(jī) 完成日期 2015年1月4日課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定學(xué) 院 計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院 專 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 曹敦 課程成績(jī) 完成日期 2015年1月4日 指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)評(píng)分項(xiàng)目?jī)?yōu)良中及格不及格課程設(shè)計(jì)中的創(chuàng)造性成果學(xué)生掌握課程內(nèi)容的程度課程設(shè)計(jì)完成情況課程設(shè)計(jì)動(dòng)手能力文字表達(dá)學(xué)習(xí)態(tài)度規(guī)范要求課程設(shè)計(jì)論文的質(zhì)量指導(dǎo)教師對(duì)課程設(shè)計(jì)的評(píng)定意見綜合成績(jī) 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 計(jì)算機(jī)與通信工程 學(xué)院 通信工程 專業(yè) 課程

2、名稱通信原理課程設(shè)計(jì)時(shí)間20142015學(xué)年第一學(xué)期1718周學(xué)生姓名指導(dǎo)老師曹敦題 目卷積編碼與解碼的MATLAB實(shí)現(xiàn)及性能分析主要內(nèi)容： 本課程設(shè)計(jì)的目的主要是仿真糾錯(cuò)編碼系統(tǒng)。對(duì)輸入隨機(jī)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行卷積糾錯(cuò)編碼后，送入含噪信道，在接收端再進(jìn)行解碼和檢糾錯(cuò)，改變信道誤碼率大小，測(cè)試接收信號(hào)與發(fā)送信號(hào)之間的誤碼率，分析該種糾錯(cuò)編碼系統(tǒng)的抗噪聲性能。要求：（1）本設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)為MATLAB中的Simulink。（2）模型設(shè)計(jì)應(yīng)該符合工程實(shí)際，模塊參數(shù)設(shè)置必須與原理相符合。（3）處理結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該一致，而且應(yīng)符合理論。（4）獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。應(yīng)當(dāng)提交的文件：（1）課

3、程設(shè)計(jì)學(xué)年論文。（2）課程設(shè)計(jì)附件（主要是模型文件和源程序）。卷積編碼與解碼的MATLAB實(shí)現(xiàn)及性能分析學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師：曹敦摘 要 卷積碼是一種性能優(yōu)越的信道編碼。它的編碼器和譯碼器都比較容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)它具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。隨著糾錯(cuò)編碼理論研究的不斷深入，卷積碼的實(shí)際應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在Simulink模塊設(shè)計(jì)中，完成了對(duì)卷積碼的編碼和譯碼以及誤比特統(tǒng)計(jì)整個(gè)過程的模塊仿真。最后，通過在仿真過程中改變卷積碼的重要參數(shù)約束度來(lái)加深理解約束度對(duì)卷積碼的誤碼性能的影響。經(jīng)過仿真和實(shí)測(cè)，并對(duì)測(cè)試結(jié)果作了分析，得出了結(jié)論：對(duì)于碼率一定的卷積碼，當(dāng)約束度N發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)的誤碼性能也會(huì)隨之發(fā)生變化。關(guān)鍵

4、詞 卷積碼；約束度；MATLAB；誤碼性能1 引 言本課程設(shè)計(jì)通過基于MATLAB的Simulink下的模塊對(duì)卷積編碼，解碼進(jìn)行仿真。通過仿真可以更清楚的認(rèn)識(shí)到卷積碼的編碼，解碼的各個(gè)環(huán)節(jié)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，得出卷積碼Viterbi譯碼的誤比特性能和約束度的關(guān)系。1.1課程設(shè)計(jì)目的我的課程設(shè)計(jì)的題目是卷積編碼與解碼的MATLAB實(shí)現(xiàn)及性能分析。目的是通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生培養(yǎng)其動(dòng)手能力，觀察能力，分析和解決實(shí)際問題的能力，鞏固、加深理論課知識(shí)，增加感性認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步加深對(duì)通信原理應(yīng)用的理解，提高對(duì)仿真能力和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。提高對(duì)常見故障的分析和判斷能；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，理論聯(lián)

5、系實(shí)際的工作作風(fēng)和辯證思維能力。這次課程設(shè)計(jì)不僅檢測(cè)出我們的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固情況，同時(shí)也使我們學(xué)到相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和鍛煉我們動(dòng)手能力以及獨(dú)立思考問題能力，對(duì)于以后的工作提高自我學(xué)習(xí)能力奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和要求本次課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)：主要是仿真糾錯(cuò)編碼系統(tǒng)。對(duì)輸入隨機(jī)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行卷積糾錯(cuò)編碼后，送入含噪信道，在接收端再進(jìn)行解碼和檢糾錯(cuò)，改變信道誤碼率大小，測(cè)試接收信號(hào)與發(fā)送信號(hào)之間的誤碼率，分析該種糾錯(cuò)編碼系統(tǒng)的抗噪聲性能。課程設(shè)計(jì)中的要求：（1）本設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)為MATLAB中的Simulink。Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真

6、和綜合分析的集成環(huán)境。（2）模型設(shè)計(jì)應(yīng)該符合工程實(shí)際，模塊參數(shù)設(shè)置必須與原理相符合。（3）處理結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該一致，而且應(yīng)符合理論。（4）獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。1.3課程設(shè)計(jì)步驟信號(hào)流程可以表示為先由Bernoulli Binary Generator（貝努利二進(jìn)制序列產(chǎn)生器）產(chǎn)生一個(gè)0，1等概序列，經(jīng)過Convolutional Encoder（卷積編碼器）對(duì)輸入的二進(jìn)制序列進(jìn)行卷積編碼，加入二進(jìn)制噪聲信道后送入Viterbi Decoder（Viterbi譯碼器）進(jìn)行硬判決譯碼。最后經(jīng)過Error Rate Calculation（誤碼統(tǒng)計(jì)）后由Display（顯示

7、）輸出和將結(jié)果輸出到To workspace（工作區(qū)間）。 設(shè)計(jì)原理2.1卷積碼的基本概念卷積碼是一種性能優(yōu)越的信道編碼。(n ,k ,N) 表示把k個(gè)信息比特編成n個(gè)比特，N 為編碼約束度,說(shuō)明編碼過程中互相約束的碼段個(gè)數(shù)。卷積碼將k比特輸入碼元編成n個(gè)輸出碼元，但k和n通常很小，特別適合以串行形式進(jìn)行傳輸，時(shí)延小。與分組碼不同，卷積碼編碼后的n 個(gè)碼元不僅與當(dāng)前組的k 個(gè)信息比特有關(guān),而且與前N - 1 個(gè)輸入組的信息比特有關(guān)1。編碼過程中相互關(guān)聯(lián)的碼元有N*n 個(gè)。2.2卷積碼的編碼 卷積碼的編碼描述方法有5 種:沖激響應(yīng)描述法、生成矩陣描述法、多項(xiàng)式乘積描述法、狀態(tài)圖描述法和網(wǎng)格圖描述

8、法1。卷積碼的糾錯(cuò)能力隨著N的增加而增大，而差錯(cuò)率隨著N的增加而指數(shù)下降。在編碼器復(fù)雜性相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。分組碼有嚴(yán)格的代數(shù)結(jié)構(gòu)，但卷積碼至今尚未找到如此嚴(yán)密的數(shù)學(xué)手段。分組碼的譯碼算法可以由其代數(shù)特性得到。卷積碼雖然可以采用適用于分組碼的門限譯碼(即大數(shù)邏輯譯碼)，但性能不如維特比譯碼和序列譯碼1。2.3卷積碼的編碼器卷積碼的編碼器一般都比較簡(jiǎn)單。圖2-1是一般情況下的卷積碼編碼器框圖。它包括NK級(jí)的輸入移位器，一組n個(gè)模2和加法器和n級(jí)的輸出移位寄存器 1。對(duì)應(yīng)于每段k比特的輸入序列，輸出n個(gè)比特。由圖可知，n個(gè)輸出比特不但與當(dāng)前的k個(gè)輸入比特有關(guān)，而且與以前的(N-1

9、)k個(gè)輸入信息比特有關(guān)。整個(gè)編碼過程可以看成是輸入信息序列與由移位寄存器和模2加法器的連接方式所決定的另一個(gè)序列的卷積，卷積碼由此得名。本文采用的是沖擊響應(yīng)描述法編碼思想。圖2-1 卷積碼編碼器框圖如圖2-2是卷積碼（2，1，3）卷積編碼器的一個(gè)框圖1。左邊是信息的輸入。下面分別是系統(tǒng)位輸出和校驗(yàn)位輸出。其中間是3個(gè)移位寄存器和一個(gè)模2加法器。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是信息位經(jīng)過移位寄存器和一個(gè)模2加法器產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)位和校驗(yàn)位加在一起輸出?？梢钥闯觯好枯斎胍粋€(gè)比特，移位寄存器中就向右移動(dòng)一個(gè)位子。原來(lái)的第三個(gè)寄存器就被移出?？梢娋矸e編碼不只與現(xiàn)在的輸入比特有關(guān)還與前面的3-1個(gè)比特有關(guān)。所以約束度是3。在這

10、里，其中k=1 ，n=2所以碼率R=k/n=1/2。 圖2-2 （2，1，3）卷積碼編碼器圖2.4卷積碼的碼樹圖對(duì)于圖2-2所示的(2,1,3 )卷積碼編碼電路，其碼樹圖如下圖2-3所示。這里，分別用a,b,c和d表示寄存器的4種狀態(tài):00, 01, 10，和11，作為樹狀圖中每條支路的節(jié)點(diǎn)。以全零狀態(tài)a為起點(diǎn)，當(dāng)輸入位信息位為0時(shí)，輸出碼元c1c2= 00，寄存器保持狀態(tài)a不變，對(duì)應(yīng)圖中從起點(diǎn)出發(fā)的上支路;當(dāng)輸入位為1時(shí)，輸出碼元c1c2 =11，寄存器則轉(zhuǎn)移到狀態(tài)b,對(duì)應(yīng)圖中的下支路;然后再分別以這兩條支路的終節(jié)點(diǎn)a和b作為處理下一位輸入信息的起點(diǎn)，從而得到4條支路.以此類推，可以得到整個(gè)

11、碼樹圖。如下圖2-3。圖2-3 （2，1，3）碼樹圖2.5卷積碼的網(wǎng)格圖如下圖2-4是（2，1，3）卷積編碼的網(wǎng)格圖1。圖2-4 （2，1，3）卷積編碼的網(wǎng)格圖2.6卷積碼的狀態(tài)圖如下圖2-5是（2，1，3）卷積編碼的狀態(tài)圖1。圖2-5 （2，1，3）卷積碼狀態(tài)圖2.7卷積碼的譯碼卷積碼的譯碼方式有三種:(1)1963年由梅西(Massey)提出的門限譯碼，這是一種基于碼代數(shù)結(jié)構(gòu)的代數(shù)譯碼，類似于分組碼中的大數(shù)邏輯譯碼;(2) 1963年由費(fèi)諾(Fano)改進(jìn)的序列譯碼，這是基于碼的樹狀圖結(jié)構(gòu)上的一種準(zhǔn)最佳的概率譯碼;(3) 1967年由維特比提出的Viterbi算法。這是基于碼的網(wǎng)(trel

12、lis)圖基礎(chǔ)上的一種最大似然譯碼算法，是一種最佳的概率譯碼方法。其中，代數(shù)譯碼，利用編碼本身的代數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行譯碼，不考慮信道本身的統(tǒng)計(jì)特性。該方法的硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但性能較差，其中具有典型意義的是門限譯碼。另一類是概率譯碼，這種譯碼通常建立在最大似然準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上。由于計(jì)算是用到了信道的統(tǒng)計(jì)特性.因而提高了譯碼性能，但這種性能的提高是以增加硬件的復(fù)雜度為代價(jià)的。常用的概率譯碼方法有維特比譯碼和序列譯碼。維特比譯碼具有最佳性能，但硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜;門限譯碼性能最差，但硬件簡(jiǎn)單;序列譯碼在性能和硬件方面介于維特比譯碼和門限譯碼之間。Viterbi譯碼過程并不復(fù)雜，譯碼器的運(yùn)行是前向的、無(wú)反饋的。它接收一段

13、，計(jì)算一段，選擇一段最可能的碼段(分支)，從而達(dá)到整個(gè)碼序列是一個(gè)有最大似然函數(shù)的序列。傳輸序列很長(zhǎng)時(shí)，判決需要的長(zhǎng)延時(shí)和相當(dāng)大的存儲(chǔ)量是我們無(wú)法承受的。實(shí)際應(yīng)用中采用截短Viterbi算法，即不需要接收到所有序列才進(jìn)行判決，當(dāng)譯碼器接收并處理完了固定的T （T <<L）個(gè)碼段后，在接收第（T+1）個(gè)碼段的時(shí)候，它將比較前T級(jí)的路徑量度，然后從中選取最小者，由此得到與最小量度對(duì)應(yīng)的幸存路徑，將此路徑對(duì)應(yīng)的T個(gè)碼段判決輸出。T稱為截短深度，T選的足夠大時(shí)，則對(duì)譯碼器輸出的譯碼錯(cuò)誤概率影響很小。因此，本課程設(shè)計(jì)采用的是Viterbi算法1。3 仿真糾錯(cuò)編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1卷積碼仿真框圖

14、的設(shè)計(jì) 本課程設(shè)計(jì)是通過MATLAB 2中的Simulink模塊進(jìn)行仿真。根據(jù)課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)：對(duì)輸入隨機(jī)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行卷積糾錯(cuò)編碼后，送入含噪信道，在接收端再進(jìn)行解碼和檢糾錯(cuò)，改變信道誤碼率大小，測(cè)試接收信號(hào)與發(fā)送信號(hào)之間的誤碼率。在Simulink模塊中找出所需的模塊，然后將模塊與模塊之間連接起來(lái)，由此卷積碼的仿真框圖如下圖3-1。信號(hào)流程可以表示為先由Bernoulli Binary Generator（貝努利二進(jìn)制序列產(chǎn)生器）產(chǎn)生一個(gè)0，1等概序列，經(jīng)過Convolutional Encoder（卷積編碼器）對(duì)輸入的二進(jìn)制序列進(jìn)行卷積編碼，加入二進(jìn)制噪聲信道后送入Viterbi Dec

15、oder（Viterbi譯碼器）進(jìn)行硬判決譯碼。最后經(jīng)過Error Rate Calculation（誤碼統(tǒng)計(jì)）后由Display（顯示）輸出和將結(jié)果輸出到To workspace（工作區(qū)間）。在建立仿真模塊后，接下來(lái)對(duì)各個(gè)模塊分別一一進(jìn)行設(shè)置后并運(yùn)行仿真。圖3-1 卷積編碼與解碼仿真圖3.2 Simulink仿真模塊的參數(shù)設(shè)置如下圖3-2是貝努利二進(jìn)制序列產(chǎn)生器模塊的設(shè)置框圖，其中參數(shù)有三項(xiàng)：第一項(xiàng)probability of a zero取值為0.5，表示0和1出現(xiàn)的概率相等。Initial seed 表示隨機(jī)種子數(shù)，不同的隨機(jī)種子數(shù)將產(chǎn)生不同的二進(jìn)制序列，特定的隨機(jī)種子數(shù)可以產(chǎn)生一個(gè)特定

16、的二進(jìn)制序列。Sample time=0.01表示抽樣時(shí)間。Samples per frame 表示每幀的抽樣數(shù)用來(lái)確定每幀的抽樣點(diǎn)的數(shù)目。Frame-based outputs 是用來(lái)確定幀的輸出格式。圖3-2 貝努利二進(jìn)制序列產(chǎn)生器模塊的設(shè)置框圖 如下圖3-3是卷積編碼器模塊的設(shè)置框圖。其中Trellis structure（ Trellis結(jié)構(gòu)）中通過poly2trellis()函數(shù)把卷積碼的約束度，生成多項(xiàng)式以及反饋多項(xiàng)式轉(zhuǎn)換成Trellis結(jié)構(gòu)的形式。如上面是（2，1，3）卷積碼的參數(shù)設(shè)置。（3，5，7）說(shuō)明約束度是3，生成多項(xiàng)式是（八進(jìn)制）5和7，無(wú)反饋多項(xiàng)式。Reset是復(fù)位方式

17、，這里設(shè)置為None，它表示卷積碼編碼器在每幀數(shù)據(jù)開始之前不對(duì)寄存器復(fù)位。圖3-3 卷積編碼器模塊的設(shè)置框圖如下圖3-4是二進(jìn)制噪聲信道模塊的設(shè)置框圖，其中Error probability設(shè)置為0。圖3-4 二進(jìn)制噪聲信道模塊的設(shè)置框圖如下圖3-5是卷積碼譯碼器模塊的設(shè)置框圖。Trellis structure: Trellis結(jié)構(gòu)（前面已說(shuō)明）。Decision type是指判決類型，有3種：（1）Unquantized（非量化）（2）Hard Decision（硬判決），（3）Soft Decision（軟判決），這里設(shè)置為Hard Decision。Traceback depth表示反

18、饋深度，它的值會(huì)影響譯碼精度和解碼延遲。Operation mode是指操作模式，設(shè)置為Continuous。圖3-5 卷積碼譯碼器模塊的設(shè)置框圖如下圖3-6是誤比特統(tǒng)計(jì)模塊的設(shè)置框圖。其中Receive delay表示接收延遲，意思是在通信接收端口需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解碼或解交織而帶來(lái)一定的延遲，使得到達(dá)誤碼統(tǒng)計(jì)模塊接收端的信號(hào)滯后于發(fā)送端的信號(hào)，由示波器Scope的結(jié)果分析之后再進(jìn)行設(shè)置。Computation delay表示計(jì)算延遲，在仿真過程中，有時(shí)間需要忽略最初的若干個(gè)輸入數(shù)據(jù)就通過計(jì)算延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里設(shè)置為0。Computation mode表示計(jì)算模式，幀的計(jì)算模式(En

19、tire frame)，誤碼統(tǒng)計(jì)模塊對(duì)發(fā)送端和接收端的所有輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。output data是輸出數(shù)據(jù)，這里設(shè)置為Port的意思是表示把統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從端口中輸出。workspace表示把統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輸出到工作區(qū)。圖3-6 誤比特統(tǒng)計(jì)模塊的設(shè)置框圖如下圖3-7是To workspace（工作區(qū)間）結(jié)果輸出模塊的設(shè)置框圖，其中Save format的參數(shù)要設(shè)為Array，這樣才能使m文件出來(lái)的圖易于觀察和進(jìn)行性能分析。圖3-7 To workspace（工作區(qū)間）結(jié)果輸出模塊的設(shè)置框圖如下圖3-8是Display（顯示）輸出模塊的設(shè)置框圖。Display（顯示）輸出不做任何改變，采取默認(rèn)設(shè)置。圖3-

20、8 Display（顯示）輸出模塊的設(shè)置框圖4 對(duì)輸出波形和結(jié)果的分析4.1無(wú)噪聲時(shí)的波形以及結(jié)果 保存好上面的仿真圖，文件名稱為ssary.mdl，然后運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)無(wú)錯(cuò)誤就可以得出以下的波形圖和結(jié)果圖。圖4-1無(wú)噪聲的波形輸出圖圖4-2無(wú)噪聲的結(jié)果輸出圖 波形以及結(jié)果的分析：由上圖4-1無(wú)噪聲的波形輸出圖可知，第一行為貝努利二進(jìn)制序列產(chǎn)生器輸出的二進(jìn)制序列波形，第二行為二進(jìn)制序列進(jìn)入卷積編碼器后輸出的編碼序列波形，第三行為編碼序列進(jìn)入二進(jìn)制噪聲信道后輸出的二進(jìn)制序列，第四行為二進(jìn)制序列進(jìn)入卷積碼譯碼器后的輸出的二進(jìn)制序列。由第一行和第四行的波形對(duì)比可知原二進(jìn)制序列的波形與經(jīng)過譯碼出來(lái)的譯碼波形

21、完全相同，但是接收端的信號(hào)滯后于發(fā)送端的信號(hào)一個(gè)單位，由此可知道這兩者之間有時(shí)間延遲。由第二行和第三行的波形對(duì)比可知，當(dāng)二進(jìn)制噪聲信道的誤碼率為0時(shí)，也就是無(wú)噪聲，編碼后的二進(jìn)制序列和在噪聲信道出來(lái)的二級(jí)制序列完全相同，沒有出現(xiàn)誤碼。由上圖4-2無(wú)噪聲的結(jié)果輸出圖可知，當(dāng)誤比特統(tǒng)計(jì)模塊中的Receive delay設(shè)置為1，并且與卷積碼譯碼器中的Traceback depth設(shè)置為1要一致，才能使Display（顯示）輸出誤碼率為0，與二進(jìn)制噪聲信道的誤碼率為0相等，否則Display（顯示）輸出誤碼率始終不為0。圖4-3原序列與編碼之后的序列圖由上圖4-3的截取一部分波形來(lái)分析可知原序列為1

22、001011100，編碼之后的輸出序列為101011111110 0010011011。又由卷積碼（2，1，3）的編碼規(guī)則可判斷出該編碼正確，符合我們所需要的編碼系列。4.2有噪聲時(shí)的波形以及結(jié)果 將二進(jìn)制噪聲信道模塊中的Error probability（誤碼率）設(shè)置為0.03，表示此時(shí)有噪聲，并運(yùn)行，可得出以下的波形圖和結(jié)果圖。圖4-4二進(jìn)制噪聲信道模塊中的Error probability設(shè)置為0.03圖波形分析：由下圖4-5有噪聲的波形輸出圖可知，添加了噪聲信道之后，通過第一行與第四行的波形的對(duì)比，接收端的信號(hào)出現(xiàn)了一定的誤碼，但是整體上非常少，通過第二行與第三行的對(duì)比可找出出現(xiàn)誤碼的

23、位置。圖4-5 有噪聲的波形輸出圖 通過截取一部分圖形可觀察得到以下的分析：由圖4-6左邊的半張圖第二行與第三行的對(duì)比可找出出現(xiàn)誤碼的位置，再由第一行與第四行的誤碼的位置對(duì)比可知發(fā)送端的為1,接收端的為0，因此誤碼的位置沒有得到糾錯(cuò)。同理由圖4-6右邊的半張圖可知發(fā)送端的為1,接收端的為1，誤碼的位置得到了糾錯(cuò)。所以該仿真糾錯(cuò)編碼系統(tǒng)具有一定的糾錯(cuò)能力。圖4-6糾錯(cuò)對(duì)比圖輸出結(jié)果分析：由圖4-7中的輸出結(jié)果為0.01，噪聲信道模塊中的Error probability（誤碼率）為0.03，由此可知該仿真糾錯(cuò)編碼系統(tǒng)能夠減少噪聲信道的誤碼率，通過計(jì)算可得糾錯(cuò)能力為（0.03-0.01）/0.03

24、=66.67%的，由此可知該仿真糾錯(cuò)編碼系統(tǒng)具有良好的糾錯(cuò)能力。圖4-7有噪聲的結(jié)果輸出圖5 約束度對(duì)卷積碼的誤碼性能影響5.1 參數(shù)設(shè)置對(duì)于卷積碼（2，1，3）在二進(jìn)制噪聲信道模塊中的Error probability（誤碼率）參數(shù)設(shè)置為errorch，其中errorch是m文件中的一個(gè)變量，如下圖5-1。圖5-1二進(jìn)制噪聲信道模塊參數(shù)設(shè)置圖在誤比特統(tǒng)計(jì)模塊中的output data參數(shù)設(shè)置為workspace，workspace表示把統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輸出到工作區(qū)，其中Variable中的Errorvec是m文件中的一個(gè)變量，如下圖5-2。同時(shí)保存文件名稱為ssarry0.mdl。圖5-2誤比特統(tǒng)計(jì)

25、模塊的參數(shù)設(shè)置圖與此同理可得對(duì)于卷積碼（2，1，5）在二進(jìn)制噪聲信道模塊中的Error probability（誤碼率）參數(shù)設(shè)置為errorsh，誤比特統(tǒng)計(jì)模塊中的output data參數(shù)設(shè)置為workspace，Variable改成Errorvec1，文件保存為ssarry1.mdl。對(duì)于卷積碼（2，1，7）在二進(jìn)制噪聲信道模塊中的Error probability（誤碼率）參數(shù)設(shè)置為errorth，誤比特統(tǒng)計(jì)模塊中的output data參數(shù)設(shè)置為workspace，Variable改成Errorvec2，文件保存為ssarry2.mdl。5.2卷積碼的性能分析在本次課程設(shè)計(jì)中，如下圖5

26、-3，對(duì)于碼率一定的卷積碼,當(dāng)約束度N 發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)的誤碼性能也會(huì)隨之發(fā)生變化, 以碼率R = 1/ 2的(2 ,1 ,3)、（2，1，5）和（2，1，7） 卷積碼為例展開分析。上面的曲線是（2，1，3）卷積碼的誤碼性能曲線，中間的曲線是（2，1，5）卷積碼的誤碼性能曲線，下面的曲線是（2，1，7）卷積碼的誤碼性能曲線。從圖5-3中的誤比特率曲線可以清楚地看到,隨著約束度的逐漸增加,系統(tǒng)的誤比特率明顯降低,所以說(shuō)當(dāng)碼率一定時(shí)，增加約束度可以降低系統(tǒng)的誤比特率,但是隨著約束度的增加，譯碼設(shè)備的復(fù)雜性也會(huì)隨之增加,成本也會(huì)增加，這對(duì)于實(shí)際情況也有一定的影響。所以對(duì)于碼率為1/ 2 的卷積碼，在

27、選取約束度時(shí)一般為39 。通過上面約束度重要參數(shù)的變化后對(duì)譯碼性能的分析，得到在卷積碼的編碼，譯碼過程中有很多條件影響誤碼率的，是不可能同時(shí)滿足的。所以要根據(jù)具體情況來(lái)選擇合適的參數(shù)，使我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加合理。圖5-3不同編碼約束度對(duì)卷積碼的誤碼率的曲線圖6 出現(xiàn)的問題以及解決辦法 本次課程設(shè)計(jì)在仿真過程中遇到了許多的問題，總結(jié)所遇到的問題以及解決的方法如下：（1）在查找有關(guān)模塊，我使用的是按照名稱搜索來(lái)查找，但是這樣查找出來(lái)的模塊是不符合自己所需的。所以只能通過自己一個(gè)個(gè)去查找以及在老師的幫助下都能夠成功找到了設(shè)計(jì)所需的全部模塊。（2）對(duì)于課題的任務(wù)書理解得不夠透徹，膚淺以以為單單改變二進(jìn)制

28、噪聲信道中誤碼率就能檢測(cè)出該仿真糾錯(cuò)系統(tǒng)的抗噪聲能力。后來(lái)在老師的講述和自我的思考下，建立了一個(gè)以二進(jìn)制噪聲信道的誤碼率為變量的m文件，通過m文件的輸出的圖形能夠清晰地觀察出規(guī)律來(lái)，以便來(lái)進(jìn)行分析這一過程。（3）在仿真的過程中，當(dāng)二進(jìn)制噪聲信道的為0時(shí)，但是Display（顯示）輸出誤碼率始終不為0。最后經(jīng)過不斷調(diào)整參數(shù)和其他設(shè)置，終于發(fā)現(xiàn)了問題的所在：只有當(dāng)誤比特統(tǒng)計(jì)模塊中的Receive delay與卷積碼譯碼器中的Traceback depth設(shè)置要一致，才能使Display（顯示）輸出誤碼率為0，與二進(jìn)制噪聲信道的誤碼率為0對(duì)應(yīng)相等。 （4）在對(duì)于（2,1,5）二進(jìn)制噪聲參數(shù)設(shè)置的時(shí)候

29、Error probability選項(xiàng)中，我忘記設(shè)置的是一個(gè)數(shù)值而不是一個(gè)變量，使得m文件運(yùn)行時(shí)，誤碼率一直是一個(gè)常數(shù)，后來(lái)把Error probability選項(xiàng)中變成一個(gè)變量，m文件運(yùn)行出來(lái)的圖形才是正確的。7 結(jié)束語(yǔ)本次課程設(shè)計(jì)通過MATLAB中的Simulink模塊對(duì)卷積編碼與解碼以及信道傳輸都進(jìn)行了仿真并通過約束度對(duì)其性能分析。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(gè)卷積碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，加深了我們對(duì)卷積碼的理解，掌握Viterbi譯碼的基本思路，并進(jìn)一步將其拓展到Simulink模塊仿真方面，知道了如何進(jìn)行誤碼率的分析從而選擇合適的信道傳輸信號(hào)，學(xué)會(huì)了使用MATLA

30、B作為學(xué)習(xí)工具來(lái)對(duì)我們的通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真等操作，加深了我對(duì)MATLAB的了解，擴(kuò)展了我對(duì)MATLAB的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也使我充分地了解卷積碼的特點(diǎn)和性能。通過為期兩周的課程設(shè)計(jì)，我的收獲甚多，不僅僅是課本知識(shí)上的收獲，還有實(shí)踐收獲。這次設(shè)計(jì)把我們?nèi)晁鶎W(xué)理論知識(shí)綜合起來(lái)運(yùn)用到實(shí)踐中。剛接觸Simulink時(shí)，我都是一無(wú)所知，但是在老師的指導(dǎo)下，以及通過對(duì)視頻教學(xué)和PPT的學(xué)習(xí)，掌握了Simulink的基本知識(shí)。俗話說(shuō)：“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。所以我們必須把書本的應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中， 從實(shí)踐中學(xué)到更多課堂當(dāng)中學(xué)不到的知識(shí)。在做仿真時(shí)剛開始在設(shè)計(jì)的步驟和方法上比較混亂，經(jīng)過借助各種資料和請(qǐng)教老師，有了明確的方向和設(shè)計(jì)步驟，使我更好地完成了自己的設(shè)計(jì)。在仿真時(shí)，由于貝努利二進(jìn)制序列產(chǎn)生器一個(gè)參數(shù)設(shè)置忘記選中，導(dǎo)致整個(gè)仿真運(yùn)行錯(cuò)誤，經(jīng)過一步步的排查，終于找到了問題的所在。雖然問題解決了，但是導(dǎo)致我花了好多時(shí)間，降低了工作效率。通過這件事我意識(shí)到做設(shè)計(jì)仿真時(shí)我們要嚴(yán)謹(jǐn)仔細(xì)，一個(gè)小錯(cuò)誤就能使得整個(gè)設(shè)計(jì)失敗。這次課程設(shè)計(jì)不僅檢測(cè)出我們的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固情況，同時(shí)也使我們學(xué)到相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和鍛煉我們動(dòng)手能力以及獨(dú)立思考問題能力，對(duì)于以后的工作提高自我學(xué)習(xí)能