1、電子信息類實踐課III題目Turbo碼的編譯碼算法仿真專業(yè)學號姓名日期注：本報告僅供參考哈爾濱工業(yè)大學電子信息類實踐課III通信系統(tǒng)仿真1、課程設(shè)計目的（黑體小三，段前段后個一行）通過完成在在衰落信道下采用不同調(diào)制信號進行Turbo碼編譯碼的編程實現(xiàn),進一步了解了Turbo碼的編碼解碼過程，以及在不同調(diào)制方式不同信道下的性能比見。通過對卷積和交織器的設(shè)計,深入了解卷積和交織的作用。以及熟悉了通信仿真的整體流程。2、課程設(shè)計內(nèi)容具體敘述課程設(shè)計的主要內(nèi)容和原理。表1主要課程設(shè)計內(nèi)容列表課程設(shè)計內(nèi)容負責人Turbo編碼譯碼過程、信道設(shè)計、各模塊整合肖雨桐卷積、父織楊佳能不同調(diào)制信號的設(shè)計熊風在進行

2、本次Turbo仿真時，采用了兩種不同編程方式。在程序一中是直接調(diào)用matlabCommunicationsSystemToolbox中的Turbo編碼和解碼工具箱，通過配置參數(shù)進行仿真。而在程序二中則根據(jù)Turbo碼編譯碼原理編寫。如果程序一更像是一個黑匣子，只能知道通過編解碼模塊前、后的數(shù)據(jù)，而具體做了哪些則不得而知。a編碼圖1Turbo碼編碼器結(jié)構(gòu)典型的Turbo碼編碼器結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：由兩個反饋的編碼器通過一個交織器并行連接而成。如果必要，由成員編碼器輸出的序列經(jīng)過刪余陣，從而可以產(chǎn)生一系列不同碼率的碼。例如，對于生成矩陣為g=g1,g2的（2,1,2）卷積碼通過編碼后，如果進行刪余，

3、則得到碼率為1/2的編碼輸出序列；如果不進行刪余，得到的碼率為1/3。一般情況下，Turbo碼成員編碼器是RSC編碼器。原因在于遞歸編碼器可以改善碼的比特誤碼率性能。通俗理解1/2碼率就是信號中有一半都是“無用信號”，這些“無用信號”就是兩個分量編碼器的生成的校驗碼，而刪余則是各刪除一部分校驗碼，把剩下的再和信息比特合在一塊，形成編碼好的矩陣。b.譯碼圖2Turbo譯碼結(jié)構(gòu)Turbo碼獲得優(yōu)異性能的根本原因之一是使用了迭代譯碼，通過與分量編碼器對應的分量譯碼器之間軟信息的交換來提高譯碼性能。對于Turbo碼這樣的并行級聯(lián)碼，如果分量譯碼器的輸出為硬判決，則不可能實現(xiàn)分量譯碼器之間軟信息的交換，

4、從而限制了系統(tǒng)性能的進一步提高。從信息論的角度來看，任何硬判決都會損失部分信息，因此，如果分量譯碼器能夠提供一個反映其輸出可靠性的軟輸出，則其他分量譯碼器也可以采用軟判決譯碼，從而系統(tǒng)的性能可以得到進一步提高。為此，人們提出了軟輸入軟輸出譯碼CSISO）的概念和方法。Turbo碼的分量碼SISO譯碼算法總體上可分為MAP和SOVA兩類主要算法。其中MAP算法是一種最佳后驗概率算法。SOVA類算法主要包括軟輸出的維特比算法（SOVA）和連續(xù)列表輸出維特比算法（SLVA）。SOVA算法實際上就是veterbi算法的擴展，保留的路徑數(shù)不是兩條而是和狀態(tài)數(shù)有關(guān)從所有可行的路徑中找最優(yōu)的是最大似然序列檢

5、測。d.衰落信道由于多徑和移動臺運動等影響因素，使得移動信道對傳輸信號在時間、頻率和角度上造成了色散，如時間色散、頻率色散、角度色散等等。根據(jù)不同無線環(huán)境，接收信號包絡一般服從幾種典型分布，如瑞利分布、萊斯分布和Nakagami-m分布。在仿真衰落信道時，最重要的參數(shù)是多徑擴展和多普勒頻移。通常在離基站較遠、反射物較多的地區(qū)，發(fā)射機和接收機之間沒有直射波路徑，存在大量反射波；到達接收天線的方向角隨機且在（02pi）均勻分布；各反射波的幅度和相位都統(tǒng)計獨立。3、設(shè)計與實現(xiàn)過程圖4、程序一框圖具體實現(xiàn)過程：按照流程圖中的各方面(模塊)內(nèi)容進行代碼級的詳細說明,例如：衰落信道的設(shè)計在進行仿真的過程中

6、嘗試使用了兩種不同的編寫方式：a. CreateRayleighfadingchannelobject.chan_ray=rayleighchan(1/10000,100);fadedSig=filter(chan_ray,modSignal);%ApplythechanneleffectshChan=comm.AWGNChannel('NoiseMethod','Signaltonoiseratio(SNR)');hChan.SNR=EbNo_db(n);fadedSig=filter(chan_ray,modSignal);%Applythechannele

7、ffectsreceivedSignal=step(chan,fadedSig);%Applythechanneleffectsb.調(diào)用改進JAKES模型產(chǎn)生單徑平坦型瑞利衰落信道子程序nsamp=8;%脈沖抽樣點數(shù)ts=l/(num*nsamp);%抽樣時間間隔t=(O:num*nsamp-l)*ts;%抽樣時間序列h=rayleigh(10,t);%調(diào)用瑞利衰落子程序，輸入為(最大多普勒頻移，抽樣時間序列)modSignal=rectpulse(modSignal,nsamp);%矩形脈沖形成modSignal=h'.*modSignal;%通過瑞利信道receivedSignal

8、=intdump(receivedSignal,nsamp);%匹配濾波相干解調(diào)使用matlab函數(shù)rayleighchan 程序一：a. 調(diào)用turbo編碼器解碼器encoder=comm.TurboEncoder('InterleaverIndicesSource','Inputport');decoder=comm.TurboDecoder('InterleaverIndicesSource','Inputport',.'NumIterations',4);b. 調(diào)用AWGN信道chan=comm.AWGNC

9、hannel('EbNo',EbNo_db,'BitsPerSymbol',log2(M);c. 進行編碼解碼Turbo編碼：encodedData=step(encoder,msg,index);調(diào)制編碼過信道receivedSignal=step(chan,modSignal);解調(diào)Turbo譯碼：receivedBits=step(decoder,-demodSignal,index); 程序二code_length=1024;%碼長rate=1/2;%碼率niter=4;%迭代次數(shù)a.信道：AWGNEbN0_db=2:6;en=10人(EbN0_db(n

10、EN)/10);L_c=4*en*rate;%信道置信度sigma=1/sqrt(2*rate*en);%AWGN信道標準差過信道：r=encoder_out+sigma*randn(l,code_length*(2);b. Turbo編碼器%第一個分量RSC編碼outputl=rsc_encode(G,msg,l);%l*2048y(1,:)=output1(1:2:2*code_length);%系統(tǒng)比特y(2,:)=output1(2:2:2*code_length);%校驗比特%第二個分量RSC編碼a=reshape(y(1,:),32,32);y_inv=reshape(a'

11、,1,1024);output2=rsc_encode(Gy_inv,-1);%輸入1024輸出1*2048y(3,:)=output2(2:2:2*code_length);%校驗比特輸出刪余生成碼率為1/2的碼encoder_out(1:2:end)=y(1,:);encoder_out(2:4:end)=y(2,1:2:end);encoder_out(4:4:end)=y(3,2:2:end);%刪余，奇為系統(tǒng)比特c. Turbo譯碼器通過解復用生成每個分量譯碼器的譯碼輸入數(shù)據(jù)；初始化外部信息L_e(1:code_length)后。根據(jù)迭代次數(shù)，循環(huán)依次進行第一分量譯碼、第二分量譯碼。

12、%第一分量譯碼器L_a(index)=L_e;%先驗信息L_all=sova(rec_s(1,:),G,L_a,1);L_e=L_all-2*rec_s(1,1:2:2*code_length)-L_a;%計算外部信息%第二分量譯碼器L_a=L_e(index);L_all=sova(rec_s(2,:),G,L_a,2);L_e=L_all-2*rec_s(2,1:2:2*code_length)-L_a;最后再估計信息比特值。d. 軟輸入Viterbi算法初始化時，建立網(wǎng)格圖，網(wǎng)格中的零狀態(tài)初始化度量為0，其他為負無窮。輸入先驗信息L_a、RSC碼生成矩陣以及數(shù)據(jù)；前向跟蹤計算所有路徑度量

13、值；第一分量譯碼器，從零狀態(tài)開始向后跟蹤；第二分量譯碼器從最可能的狀態(tài)開始后向跟蹤；后向跟蹤獲得估計比特及最大似然路徑；找到相應于不同信息比特估計的競爭路徑的最小delta值，得到軟輸出。(具體可參看劉向東、向良軍編著的信道編碼與matlab仿真除SOVA算法外里面還給出了Log_MAP算法)。4、結(jié)論在進行仿真時，發(fā)現(xiàn)上述兩種衰落信道誤碼率基本都是50%左右，也就意味著基本上全部都是錯的。在進行了分析之后發(fā)現(xiàn)，在不加其他模塊進行仿真的時候，光對比經(jīng)過衰落信道前后的比特流基本就能錯一半左右。10'3.-.LITurboUncoded1°'402481012Eb/No(dB)圖5衰落信道下程序1仿真結(jié)果b已r=O.<9560.<503門驗0.654圖6仿真得出ber值因無法仿真出較好的衰落信道，因此兩個程序都放棄衰落信道改用加性