1、 移動(dòng)通信課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程設(shè)計(jì)題目：卷積碼差錯(cuò)控制系統(tǒng)仿真 系 ： 學(xué)生姓名： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師： 開課時(shí)間： 2012-2013 學(xué)年 2 學(xué)期目 錄第一章 引 言11.1 題目11.2 課程設(shè)計(jì)的目的11.3 課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求1第二章 課程設(shè)計(jì)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(yùn)行代碼114.1 系統(tǒng)運(yùn)行源代碼11結(jié) 論12心得體會(huì)13參考文獻(xiàn)14第一章 引 言1.1

2、題目卷積碼差錯(cuò)控制系統(tǒng)的仿真1.2 課程設(shè)計(jì)的目的移動(dòng)通信也是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)課程的教學(xué)中占據(jù)了非常重要的地位。在學(xué)生學(xué)習(xí)了現(xiàn)代通信原理、數(shù)字信號(hào)處理（DSP技術(shù)）等課程后，學(xué)生已經(jīng)具有了一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)技能，在此基礎(chǔ)上本實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)的主要作用和目的在于：1.幫助學(xué)生更好地理解移動(dòng)通信系統(tǒng)，掌握各種移動(dòng)通信系統(tǒng)的模型2.幫助學(xué)生熟悉常用的通信系統(tǒng)仿真平臺(tái)，學(xué)習(xí)仿真模型的設(shè)計(jì)，掌握通信系統(tǒng)的仿真方法，學(xué)會(huì)利用仿真軟件對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)；1.3 課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求（1）課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)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(jī)的二進(jìn)制

3、序列，隨機(jī)的二進(jìn)制序列要經(jīng)過卷積編碼，經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)要進(jìn)行調(diào)制。(子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn))3.信道部分對(duì)調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行加噪。4.信宿部分完成信號(hào)的解調(diào)和譯碼（維特比譯碼）。(子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn))5.對(duì)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(shè)計(jì)的要求：1.要有詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程。即整個(gè)系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)的選擇，功能模塊的設(shè)計(jì)過程和參數(shù)的選擇，程序的調(diào)試過程等。2.整個(gè)系統(tǒng)模型的仿真、調(diào)試結(jié)果。第二章 課程設(shè)計(jì)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(cuò)系統(tǒng)中，卷積碼在實(shí)際應(yīng)用中的性能優(yōu)于分組碼，并且運(yùn)算較簡(jiǎn)

4、單。2.2 卷積碼的編碼原理卷積碼在編碼時(shí)將k比特的信息段編成n個(gè)比特的碼組，監(jiān)督碼元不僅和當(dāng)前的k比特信息段有關(guān)，而且還同前面m=(N-1)個(gè)信息段有關(guān)。通常將N稱為編碼約束長(zhǎng)度，將nN稱為編碼約束長(zhǎng)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(jié)構(gòu)進(jìn)行解碼，不考慮信道的統(tǒng)計(jì)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(yīng)用于循環(huán)碼的解碼。大數(shù)邏輯解碼對(duì)于約束長(zhǎng)度較短的卷積碼最為有效，而且設(shè)備較簡(jiǎn)單。概率解碼：又稱最大似然解碼。它基于信道的統(tǒng)計(jì)特性和卷積碼的特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。針對(duì)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(dāng)碼的約束長(zhǎng)度較短時(shí)，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(yīng)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(hào)序列和所有可能的發(fā)送信號(hào)序列比較，選擇其中漢明距離最小的序列認(rèn)為是當(dāng)前發(fā)送序列。l 從時(shí)間單元j=m開始，計(jì)算進(jìn)入每個(gè)狀態(tài)的路徑的漢明距離。存儲(chǔ)每個(gè)狀態(tài)的路徑（即幸存路徑）以及最小漢明距離。這里存儲(chǔ)的路徑通常是該狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的幸存路徑上的前一狀態(tài)值。l j增加1。計(jì)算進(jìn)入每一個(gè)狀態(tài)所有路徑的漢明距離。這個(gè)漢明距離是進(jìn)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(duì)于每個(gè)狀態(tài)，共有個(gè)這樣的度量值，從中選出并存儲(chǔ)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j<L+m.重復(fù)步驟2，直到結(jié)束。在整個(gè)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?；蛘呖梢哉J(rèn)為，維特比譯碼的關(guān)鍵是尋找最優(yōu)路徑。在實(shí)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(guān)鍵問題。如所示，圖2-1為(2,1,4)碼的狀態(tài)轉(zhuǎn)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

7、產(chǎn)生的網(wǎng)格圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖也不同，并且譯碼過程是根據(jù)網(wǎng)格圖實(shí)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?jī)r(jià)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(gè)狀態(tài)。并且進(jìn)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(shè)當(dāng)前狀態(tài)為i,那么在前一時(shí)刻中，產(chǎn)生狀態(tài)i的兩個(gè)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(jìn)一步可以推

8、知指向狀態(tài)i的前一時(shí)刻的兩個(gè)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(shè)某一時(shí)刻的狀態(tài)i，首先判斷前一時(shí)刻所有狀態(tài)中，是哪兩個(gè)狀態(tài)指向當(dāng)前狀態(tài)i；其次，根據(jù)這兩個(gè)指向當(dāng)前狀態(tài)i的狀態(tài)生成的碼組和前一時(shí)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(dá)狀態(tài)i時(shí)的最小漢明距離。下一時(shí)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(huì)得到一組漢明距離以及所對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的路徑即為最優(yōu)路徑。如圖2-2所示，其中紅線表示計(jì)算得到的最優(yōu)路

9、徑。觀察其變化規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)，假設(shè)i時(shí)刻的狀態(tài)和第(i+1)時(shí)刻比較得知，若第(i+1)時(shí)刻小于第i時(shí)刻，那么對(duì)應(yīng)代表實(shí)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(duì)隨機(jī)二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行卷積碼和二進(jìn)制相位調(diào)制，輸出基帶調(diào)制信號(hào)；信道模塊是一個(gè)有噪聲信道；信宿模塊對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行軟判決譯碼，得到原始信息序列，并且計(jì)算調(diào)制信號(hào)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(jìn)制序列產(chǎn)生器） 的參數(shù)設(shè)置2）Con

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

11、運(yùn)行代碼4.1 系統(tǒng)運(yùn)行源代碼x=-10:5; % y表示信號(hào)的誤比特率,它的長(zhǎng)度與x相同 y=x; %準(zhǔn)備一空白圖形hold off;%定義不同卷及方式時(shí)的Trellis結(jié)構(gòu)A=poly2trellis(9,557 663 711),poly2trellis(7,171 133);%不同卷積方式、信噪比情況下重復(fù)運(yùn)行untitledl,檢驗(yàn)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(yùn)行仿真程序，誤比特率保持在工作區(qū)變量BitEr

12、rorRate中 sim('untitled'); %計(jì)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(guān)系曲線圖，縱坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)坐標(biāo) semilogy(x,y); hold on;endgrid on;結(jié) 論執(zhí)行上述文件，得到的關(guān)系曲線圖，隨著信道信噪比的提升，維特比譯碼所得結(jié)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(huì)為期一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這個(gè)星期里，我通過已學(xué)的課本知識(shí)，并結(jié)合圖書館的資料，對(duì)照老師給的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，有計(jì)劃的完成了課程設(shè)計(jì)。達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，收獲了很多！在課程設(shè)計(jì)的過程

13、中，我在老師的指導(dǎo)下，認(rèn)真對(duì)照參考文獻(xiàn)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)以及課本相關(guān)知識(shí)，針對(duì)卷積碼差錯(cuò)控制在理論和實(shí)現(xiàn)兩方面分別進(jìn)行了較深的學(xué)習(xí)與實(shí)踐。首先通過網(wǎng)絡(luò)和書籍查找有關(guān)本次課題的資料，然后利用Matlab軟件和Simulink仿真畫出畫出一個(gè)總電路圖，同時(shí)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(yùn)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(guān)系。在具體操作時(shí)，也曾出現(xiàn)過錯(cuò)誤，比如設(shè)置具體參數(shù)時(shí)不夠精準(zhǔn)導(dǎo)致圖形運(yùn)行不出，或者程序編寫時(shí)由于粗心而出現(xiàn)小的錯(cuò)誤，導(dǎo)致編譯出錯(cuò)。當(dāng)然在我們改正錯(cuò)誤的過程中我們也收獲了很多。對(duì)這次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容也有了更加深入的理解了！通過這星期的課程設(shè)計(jì)我收獲的不僅僅是更加深入的專業(yè)知識(shí)，更為我們未來工作熟練運(yùn)用Matlab打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 鄧華等MATLAB通信仿真及應(yīng)用實(shí)例詳解人民郵電出版社 2004 2 張威編MATLAB基礎(chǔ)與編程入門 西安電子科技大學(xué)出版社 20083 鄧華Matlab通信仿真及應(yīng)用實(shí)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(guó)防工業(yè)出版社 20065 孫祥，徐流美，吳清 Ma