卷積碼差錯控制系統(tǒng)仿真

1、 移動通信課程設計報告 課程設計題目：卷積碼差錯控制系統(tǒng)仿真 系 ： 學生姓名： 班 級： 學 號： 成 績： 指導教師： 開課時間： 2012-2013 學年 2 學期目 錄第一章 引 言11.1 題目11.2 課程設計的目的11.3 課程設計的主要內容和要求1第二章 課程設計原理22.1 卷積碼的定義22.2 卷積碼的編碼原理22.3 卷積碼的譯碼過程22.4 維特比譯碼22.4.1維特比譯碼原理22.4.2維特比譯碼過程3第三章 仿真過程53.1 仿真模擬框圖53.2 各部件的配置6第四章 系統(tǒng)運行代碼114.1 系統(tǒng)運行源代碼11結 論12心得體會13參考文獻14第一章 引 言1.1

2、題目卷積碼差錯控制系統(tǒng)的仿真1.2 課程設計的目的移動通信也是一門實踐性非常強的課程，實驗教學在整個課程的教學中占據(jù)了非常重要的地位。在學生學習了現(xiàn)代通信原理、數(shù)字信號處理（DSP技術）等課程后，學生已經(jīng)具有了一定的理論基礎和實驗技能，在此基礎上本實驗課程開設的主要作用和目的在于：1.幫助學生更好地理解移動通信系統(tǒng)，掌握各種移動通信系統(tǒng)的模型2.幫助學生熟悉常用的通信系統(tǒng)仿真平臺，學習仿真模型的設計，掌握通信系統(tǒng)的仿真方法，學會利用仿真軟件對系統(tǒng)性能進行評價；1.3 課程設計的主要內容和要求（1）課程設計的主要內容： 1.系統(tǒng)包括信源部分、信道部分和信宿部分。2.信源部分的數(shù)據(jù)源是隨機的二進制

3、序列，隨機的二進制序列要經(jīng)過卷積編碼，經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)要進行調制。(子系統(tǒng)實現(xiàn))3.信道部分對調制后的信號進行加噪。4.信宿部分完成信號的解調和譯碼（維特比譯碼）。(子系統(tǒng)實現(xiàn))5.對不同編碼方式、不同信噪比下維特比譯碼的誤比特率并畫出圖形。（2）課程設計的要求：1.要有詳細的設計過程。即整個系統(tǒng)的仿真設計的選擇，功能模塊的設計過程和參數(shù)的選擇，程序的調試過程等。2.整個系統(tǒng)模型的仿真、調試結果。第二章 課程設計原理2.1 卷積碼的定義卷積碼(convolutional code)是由伊利亞斯(p.Elias)發(fā)明的一種非分組碼。在前向糾錯系統(tǒng)中，卷積碼在實際應用中的性能優(yōu)于分組碼，并且運算較簡

4、單。2.2 卷積碼的編碼原理卷積碼在編碼時將k比特的信息段編成n個比特的碼組，監(jiān)督碼元不僅和當前的k比特信息段有關，而且還同前面m=(N-1)個信息段有關。通常將N稱為編碼約束長度，將nN稱為編碼約束長度。一般來說，卷積碼中k和n的值是比較小的整數(shù)。將卷積碼記作(n,k,N)。2.3 卷積碼的譯碼過程 代數(shù)解碼：利用編碼本身的代數(shù)結構進行解碼，不考慮信道的統(tǒng)計特性。大數(shù)邏輯解碼，又稱門限解碼，是卷積碼代數(shù)解碼的最主要一種方法，它也可以應用于循環(huán)碼的解碼。大數(shù)邏輯解碼對于約束長度較短的卷積碼最為有效，而且設備較簡單。概率解碼：又稱最大似然解碼。它基于信道的統(tǒng)計特性和卷積碼的特點進行計算。針對無記

5、憶信道提出的序貫解碼就是概率解碼方法之一。另一種概率解碼方法是維特比算法。當碼的約束長度較短時，它比序貫解碼算法的效率更高、速度更快，目前得到廣泛的應用。2.4 維特比譯碼 2.4.1維特比譯碼原理維特比譯碼算法基本原理是：將接收到的信號序列和所有可能的發(fā)送信號序列比較，選擇其中漢明距離最小的序列認為是當前發(fā)送序列。l 從時間單元j=m開始，計算進入每個狀態(tài)的路徑的漢明距離。存儲每個狀態(tài)的路徑（即幸存路徑）以及最小漢明距離。這里存儲的路徑通常是該狀態(tài)所對應的幸存路徑上的前一狀態(tài)值。l j增加1。計算進入每一個狀態(tài)所有路徑的漢明距離。這個漢明距離是進入該狀態(tài)的分支度量加上在與該分支相連的前一步的

6、幸存路徑的度量值。對于每個狀態(tài)，共有個這樣的度量值，從中選出并存儲最優(yōu)路徑（漢明距離最小的路徑）并保存最小漢明距離。l 如果jL+m.重復步驟2，直到結束。在整個過程中，這樣就可以得到一條漢明距離最小的最優(yōu)路徑。 2.4.2維特比譯碼過程 以(2,1,4)為例,具體分析維特比譯碼過程。 維特比譯碼的前提是建立合適的網(wǎng)格圖，以便尋找最優(yōu)路徑。或者可以認為，維特比譯碼的關鍵是尋找最優(yōu)路徑。在實際的譯碼操作過程中，怎樣建立網(wǎng)格以及建立網(wǎng)格后的路徑的選擇是譯碼的關鍵問題。如所示，圖2-1為(2,1,4)碼的狀態(tài)轉移圖，圖2-2為(2,1,4)碼的網(wǎng)格圖。注意：由于D1D2D3表示的順序不同，所產(chǎn)生的網(wǎng)

7、格圖和狀態(tài)轉移圖也不同，并且譯碼過程是根據(jù)網(wǎng)格圖實現(xiàn)，所以本文所以涉及的維特比譯碼方法具有一定的特殊性，但是整體過程還是具有研究價值。圖2-1 根據(jù)圖2-2所示的(2,1,4)碼的網(wǎng)格圖，可以發(fā)現(xiàn)D1D2D3決定了從000111的8個狀態(tài)。并且進一步觀察網(wǎng)格圖可以發(fā)現(xiàn)從狀態(tài)000-011是由輸入的信息位0產(chǎn)生，從狀態(tài)100-111是由輸入的信息位1產(chǎn)生。此外，以001狀態(tài)為例，可以看出狀態(tài)001是由狀態(tài)010和狀態(tài)011產(chǎn)生。由上面可知，假設當前狀態(tài)為i,那么在前一時刻中，產(chǎn)生狀態(tài)i的兩個狀態(tài)是2*i和2*i+1。根據(jù)i是否小于4，來判斷狀態(tài)i是由信息位0還是信息位1生成。進一步可以推知指向狀

8、態(tài)i的前一時刻的兩個狀態(tài)生成的碼組，這樣便于以判斷漢明距離。圖2-2網(wǎng)格圖建立之后，根據(jù)接收碼組和網(wǎng)格圖中生成的碼組比較，判斷最優(yōu)路徑。假設某一時刻的狀態(tài)i，首先判斷前一時刻所有狀態(tài)中，是哪兩個狀態(tài)指向當前狀態(tài)i；其次，根據(jù)這兩個指向當前狀態(tài)i的狀態(tài)生成的碼組和前一時刻接收的碼組比較，保留漢明距離最小的那條路徑以及到達狀態(tài)i時的最小漢明距離。下一時刻，同樣操作，但是保留的最小漢明距離是前面最小漢明距離累加。在所有的接收碼組處理完之后，會得到一組漢明距離以及所對應的最優(yōu)路徑。比較選擇出最小的漢明距離，那么該最小漢明距離所對應的路徑即為最優(yōu)路徑。如圖2-2所示，其中紅線表示計算得到的最優(yōu)路徑。觀察

9、其變化規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)，假設i時刻的狀態(tài)和第(i+1)時刻比較得知，若第(i+1)時刻小于第i時刻，那么對應代表實際信息中0；若大于，則為1。然后逐次比較譯出信息值。第三章 仿真過程3.1 仿真模擬框圖圖3-1 總電路框圖說明：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。 圖3-2 信源模塊電路框圖圖3-3 信宿模塊電路框圖3.2 各部件的配置1) Bernoulli Binary Generator伯努利發(fā)生器（貝努利二進制序列產(chǎn)生器） 的參數(shù)設置2）Convolu

10、tional Encoder（卷積碼編碼器）的參數(shù)設置3）1、BPSK Modulator Baseband（二進制相位調制模塊）的參數(shù)設置3）2、AWGN Channel（加性高斯白噪聲模塊）的參數(shù)設置3）1、BPSK Demodulator Baseband（二進制相位解調模塊）的參數(shù)設置3）2、Viterbi Decoder（維特比譯碼器）的參數(shù)設置4）1、Error Rate Calculation（誤碼率發(fā)生器）的參數(shù)設置4）2、Display（顯示輸出模塊）的參數(shù)設置5）Selector（選擇模塊）的參數(shù)設置6）To Workspace（工作空間模塊）的參數(shù)設置第四章 系統(tǒng)運行代碼

11、4.1 系統(tǒng)運行源代碼x=-10:5; % y表示信號的誤比特率,它的長度與x相同 y=x; %準備一空白圖形hold off;%定義不同卷及方式時的Trellis結構A=poly2trellis(9,557 663 711),poly2trellis(7,171 133);%不同卷積方式、信噪比情況下重復運行untitledl,檢驗不同條件下硬判決譯碼的性能for j=1:2 %卷積方式分別取1/3卷積和1/2卷積 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); %運行仿真程序，誤比特率保持在工作區(qū)變量BitErrorR

12、ate中 sim(untitled); %計算BitErrorRate的均值作為本次仿真的誤比特率 y(i)=mean(xl); end %繪制x和y的關系曲線圖，縱坐標采用對數(shù)坐標 semilogy(x,y); hold on;endgrid on;結 論執(zhí)行上述文件，得到的關系曲線圖，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，信道的誤碼率開始明顯降低。心得體會為期一周的課程設計結束了，在這個星期里，我通過已學的課本知識，并結合圖書館的資料，對照老師給的實驗指導，有計劃的完成了課程設計。達到了預期的目標，收獲了很多！在課程設計的過程中，我在老師的指導下，認真對

13、照參考文獻、實驗指導以及課本相關知識，針對卷積碼差錯控制在理論和實現(xiàn)兩方面分別進行了較深的學習與實踐。首先通過網(wǎng)絡和書籍查找有關本次課題的資料，然后利用Matlab軟件和Simulink仿真畫出畫出一個總電路圖，同時還要再畫出信源、信道和信宿三部分的電路圖，其中將輸入和輸出都建立成子系統(tǒng)模式，最后將信源和信宿兩部分的電路加到總電路圖的輸入輸出中。運行代碼出來圖，從中可知信道信噪比與譯碼器的誤比特率之間關系。在具體操作時，也曾出現(xiàn)過錯誤，比如設置具體參數(shù)時不夠精準導致圖形運行不出，或者程序編寫時由于粗心而出現(xiàn)小的錯誤，導致編譯出錯。當然在我們改正錯誤的過程中我們也收獲了很多。對這次課程設計的內容也有了更加深入的理解了！通過這星期的課程設計我收獲的不僅僅是更加深入的專業(yè)知識，更為我們未來工作熟練運用Matlab打下了堅實的基礎。參考文獻1 鄧華等MATLAB通信仿真及應用實例詳解人民郵電出版社 2004 2 張威編MATLAB基礎與編程入門 西安電子科技大學出版社 20083 鄧華Matlab通信仿真及應用實例詳解 北京人民郵電出版社 20034 主編 李賀冰SIMULINK通信仿真教程國防工業(yè)出版社 20065 孫祥，徐流美，吳清