無線通信技術(shù)實驗一卷積碼

1、實驗二：卷積碼一、實驗儀器：pc兩臺、usrp兩臺二、實驗?zāi)康模?、了解grc仿真屮的信號處理模塊、流程圖以及使用方法2、了解卷積碼的基本原理3、了解gunradio實現(xiàn)信道編碼的方法4、了解不同snr對于誤碼率的影響5、了解卷積碼對誤碼率的影響6、了解不同的卷積碼對于誤碼率的影響三、實驗要求：1. 了解grc的基本操作方法，要求仿真的流程中信道編碼部分使用卷積 編碼2. 通過單機實驗和gnuradio+usrp的實驗兩種實驗方式進行仿真3. 搭建冇信道編碼與無信道編碼的grc仿真模型4. 比較上述兩種情況下的誤碼率，并且分析結(jié)果5. 比較不同的卷積碼對于誤碼率的影響，并且分析結(jié)果。四、實驗原

2、理:卷積碼將k個信息比特編碼成n個比特，但k和n通常很小，特 別適合以串行形式進行傳輸，吋延小。與分組碼不同，卷積碼編碼后的n 個碼元不僅與當(dāng)前段的k個信息有關(guān)，還與前面的n1段信息有關(guān)，編碼 過程中互相關(guān)聯(lián)的碼元個數(shù)為nno卷積碼的糾錯性能隨n的增加而增大, 而差錯率隨n的增加而指數(shù)下降。卷積碼的糾錯能力不僅與約束長度冇關(guān), 還與采用的譯碼方式有關(guān)。grc提供譯碼方式是維特比譯碼，它是卷積碼譯碼方式中非常經(jīng) 典的以及廣泛使用的一種譯碼方式。該實驗可以考察編碼前后數(shù)據(jù)有什么 變化，譯碼后能不能恢復(fù)原來數(shù)據(jù)，通過number sink考察加噪聲后謀比特 率怎么樣，對性能有什么提高，并11劃出be

3、r圖形。下面為卷積碼的一般 流程：卷積碼雙機實殮流程卩五. 實驗步驟及分析：1、單機實驗：單機實驗分成（2,1,3）碼、無信道編碼、（2,1,8）碼三個部分進行。（-）實驗流程圖：首先，我們利用（2,1,3）卷積碼進行信道編碼，用dpsk進行調(diào)制，來進行單機實驗，最終設(shè)計的流程圖和參數(shù)如卜圖所示：先是vector source,即信源，設(shè)置的數(shù)據(jù)是1,0,0,1,1。然后是throttle限流 模塊。接下來是packed to unpacked模塊，將pack成byte或short型的數(shù)據(jù) 以unpacked型的數(shù)據(jù)輸出。然后就是卷積碼編碼模塊，這里需要找到（2,1,3） 卷積碼在電腦屮的位置

4、，再將路徑設(shè)置到這個模塊相應(yīng)的位置屮。接下來 一個模塊叫做packet encoder,然后便是調(diào)制模塊dpsk mod,我們使用的 便是dpsk調(diào)制。在噪聲模塊中設(shè)置噪聲的大小為0.31,這個數(shù)字不能太 大，否則就會是解碼完全錯誤，也不能太小，否則誤比特率幾乎一直為零。卜'面模擬的就是接收端，首先是dpsk demod模塊，相應(yīng)于dpsk編碼模 塊，這個模塊進行解碼。packet decoder相應(yīng)于packet encodero然后需要加 上一個模塊chunks to symbols,用于后面的映射。接下來便是維特比譯碼 模塊，我們選擇了一個將兩個模塊合二為一的模塊，其中維度設(shè)置為

5、1,映 射與前一模塊相同，路徑與卷積碼編碼時路徑相同。然后是unpacked to packed,將unpacked的數(shù)據(jù)（bit）以byte或short型的數(shù)據(jù)輸出。接卜來 就是將發(fā)送的數(shù)據(jù)輸入到error rate的ref端，將解調(diào)譯碼之后的數(shù)據(jù)輸入 到in端，通過error rate模塊進行誤比特率的計算，并將結(jié)果存到一個file 中，設(shè)置好它的路徑和名稱用于后面畫圖使用。最后一個模塊是numbersink,主要用于顯示數(shù)據(jù)的具體數(shù)值，可用于計算誤比特率時顯示誤比特率 的時候等。接下來我們?nèi)サ袅司矸e碼編碼和維特比譯碼的相關(guān)模塊，觀察其在無信道編碼條件下的性能，流程圖如下:id: top.

6、uockhelerence level: 0 mumbcf rate: is skowcau0: show然后我們在第一個實驗的基礎(chǔ)上，將（2,1,3）卷積碼編碼換為（2,1,8） 卷積碼編碼，觀察其再這個狀態(tài)下的性能，流程圖除了路徑部分其余與 （2,1,3）碼一致，這里不再畫出。（二）實驗結(jié)果分析首先我們對（2,1,3）卷積碼編碼和無信道編碼時的狀態(tài)進行了比較。先在相應(yīng)的窗口中輸入如下的語句：（2,1,3）卷積碼編碼number plot03321000040 unitsoptions peak hold averageavg alpha： 0.1333,t d 1'run無信道編碼

7、上而的一幅圖即為無信道編碼情況下的誤比特率情況。根據(jù)我們學(xué)過 的知識，卷積碼編碼在通信中有著重要的作用，其加入了更多的校驗碼， 卷積碼編碼后的n個碼元不僅與當(dāng)麗段的k個信息有關(guān)，還與前面的n1 段信息有關(guān)，編碼過程中互相關(guān)聯(lián)的碼元個數(shù)為nn。而接收端采用了維特 比譯碼的方式，無論是使用漢明距離還是歐式距離，都大大降低了誤比特 率，從而增加了譯碼的可靠性。而我們的這一現(xiàn)象也驗證了上面的理論。 也就是說信道編碼在大部分信噪比的條件下冇利于捉高誤比特率的性能， 雖然其引入了一定的冗余。接下來我們對（2,1,3）卷積碼和（2,1,8）卷積碼狀態(tài)進行了比較。還 是通過輸入上面相應(yīng)的語句來進行畫圖。得到的

8、誤比特率圖形如下：number plot 0.09100 unit（2,1,8）卷積碼這幅圖顯示出的結(jié)果是（2,1,8）卷積碼好一些，我們做了多次試驗發(fā)現(xiàn) 的.實際上，大部分的時間下（2,1,8）卷積碼的誤比特率性能要好一些，但 是也不是絕對的。在實際情況中，（2,1,8）卷積碼在低信噪比的條件下誤比 特率性能要差于（2,1,3）碼，高信噪比條件下則相反。因為信道噪聲的不 斷變化，導(dǎo)致信噪比的不斷變化，所以在不同時間兩種編碼的性能是交錯 的。2、雙機實驗：（一）實驗過程2.1以（2, 1, 3）卷積碼為信道編碼，用dbpsk進行調(diào)制。實現(xiàn)框圖：（2, 1, 3）卷積碼雙機實驗發(fā)送框圖流程圖與上

9、述單機實驗類似，不同的是在信源后去掉throttle模塊，并且在 發(fā)送之前要加上一個multiply const模塊，用于信號放人，這里我們設(shè)置的是12k。 最后就是usrp sink模塊，我們設(shè)置的發(fā)送頻率是2. 45ghz, dac內(nèi)插的數(shù)值是128。（2, 1, 3）卷積碼雙機實驗接收框圖首先是usrp source, adc抽樣的數(shù)值為64,接收頻率為2. 45ghz,下而的流程圖 與單機時是完全一致的。運行結(jié)果：下圖為（2, 1, 3）卷積碼雙機實驗發(fā)送端信源時域圖以及信道前時域圖。卜圖為（2, 1, 3）卷積碼雙機實驗接收端信宿圖以及信號經(jīng)過信道后的時域波形卜圖為雙機實驗接收端觀察

10、到的誤碼率數(shù)值。2 13 error rate0.4000000060 units2.2以（2, 1, 8）卷積碼為信道編碼，用dbpsk進行調(diào)制。實現(xiàn)框圖：（2, 1, 8）卷積碼雙機實驗發(fā)送框圖timmi vimlmo1 v»cw;q> imhi*cher仏” sinkvm： “trnua三m|.sc*roykale;9mh* 1tw3m«lstesymma1.1l<1.1wcw swrcew<t«r 1 0« 1 i -«tt ：mvmter 1 at livw?mrnv utr f ux: ik（2, 1, 8）卷積碼

11、雙機實驗接收框圖相對于（2, 1, 3）卷積碼雙機實驗，同樣只是碼型及其路徑選擇的變化。運行結(jié)果：2002_l_8error rate0.2020000070 units上圖為（2, 1, 8）卷積碼雙機實驗接收端信宿時域圖以及信道后的時域圖，并且 給出了誤碼率大小,為0. 202unit,相對于雙機實驗中（2, 1, 3）碼誤碼率減小了。2.3無信道編碼雙機實驗，同樣用dbpsk進行調(diào)制。實現(xiàn)框圖：與實驗一調(diào)制實驗相同，將調(diào)制方式改為dbpsk,并信號源改為矢量源1,0, 0, 1, 1,便于與上述有信道編碼的相比較。運行結(jié)果：0.5375000238 unit上圖為無信道編碼情況下，豈接用

12、dbpsk調(diào)制,得出的誤碼率，為0. 5375unit,（-）實驗結(jié)果分析首先是（2,1,3）信道編碼和無信道編碼條件下誤比特率的比較：file position: 0block size: 1000 sample rate: 1.00amplitude/homt/«70/de$ktop/grc/2132 /home/ee70/de$ktop/juanji2.dattime (s)可以顯然見得得到的結(jié)論和上面單機實驗是一樣的，上面一條誤比特 率高的線為無信道編碼條件下的誤比特率性能，所以信道編碼有利于改善 誤比特率性能。其次是(2,1,3)碼和(2,1,8)碼誤比特率的比較：file

13、 position: 0block size: 7000 sample rate: 1.00amplitude4 3 2 1 0 1 o o o o owpru 二 de<> /home/ee70/desktop/213 /honw/eg70/desktop/grc/218j*1000200030004000500060007000time (s)上面這幅圖顯示兩種信道編碼誤比特率的性能隨著時間的變化相互交 錯，同單機實驗吋的現(xiàn)象是一樣的。這里也是因為無線信道信噪比的不斷 變化而引起的，分析同單機實驗。六. 實驗注意事項：(1) 在單機實驗的吋需要在信源后面添加一個throttle

14、模塊。(2) 卷積碼設(shè)置時候的注意事項：1模塊中trellis encoder&trellis viterbi combo,前者是編碼部分，后者 是解碼部分。其中模塊 trellis viterbi combo= trellis metrics+trellis viterbi (有順序要求)。2.trellis encoder&trellis viterbi combo模塊需要進行參數(shù)設(shè)置，兩者都 是需要設(shè)置下fsm args的路徑并且使用的必須是一個文件。如圖所示。例如路徑為：,7gnuradio_src/gnuradio-3.2.2/gr-trellis/src/examples/fsm_files/awgnl o2_8 .fsmh在路徑兩端必須加上雙引號。其中awgnlo2_4.fsm表示使用的(2,1