毕业设计（论文）-TD-SCDMA系统信道编码技术研究.doc

华侨大学2012届本科毕业论文 TD-SCDMA系统信道编码技术研究本科毕业设计（论文）题目：TD-SCDMA系统信道编码技术研究 院（系） 信息科学与工程学院 专 业 通信工程 届 别 2012 学 号 姓 名 指导老师 摘要随着无线通信的发展，特别是在未来4G通信中，高速传输和高可靠性传输成为信息传输的两个主要方面。无线信道状况通常比较恶劣，信号不可避免会受到干扰而出错，所以可靠性尤其重要。为实现可靠性通信，常用的方法有两种：一种是增加发送信号的功率，提高接收端的信号噪声比；另一种是采用编码的方法对信道差错进行控制。前者常常受客观条件限制，不是所有场景都能采用。因此差错控制编码得到了广泛应用。本文介绍了TD-SCDMA移动通信系统及其信道编码技术，着重介绍了卷积码的编码方法。论文搭建了通信系统模型，编写卷积码的编码程序，用MATLAB仿真软件对TD-SCDMA通信系统中2种不同码率（1/2码率与1/3码率）的卷积编码的纠错性能进行验证，并且对信源序列经过卷积编码、QPSK调制、AWGN信道、解调以及Viterbi解码后的误码率进行仿真和分析。关键词：信道编码；TD-SCDMA；卷积码；误码率。Research on Channel Coding Techniques forTD-SCDMA SystemAbstractWith the development of wireless communication, especially in the future 4G communication, high-speed transmission and high-reliability transmission are both of vital importance for information transmission. Considering the bad condition of wireless channel, the signal inevitably suffers from inference and distortion, and thus reliability is extremely critical. There usually exist two ways to achieve reliable communication: One is to increase the transmitted signal power, which results in increase in the received signal to noise ratio; Another is the use of coding methods to eliminate the channel error. The former can not be adopted in all environments, thereby error control coding has been widely applied.This thesis describes the TD-SCDMA mobile communication system and its channel coding techniques, which highlights the convolutional code encoding method, sets up a communication system model, provides convolutional code encoding program, uses MATLAB simulation software to verify correction performance of the convolutional codes of different bit-rate (1/2 rate and 1/3 rate) in the TD-SCDMA communication system, and analyzes the BER of output sequences that have gone through the convolutional coding, QPSK modulation, AWGN channel, demodulation, and Viterbi decoding.Key words：Channel Coding; TD-SCDMA；Convolutional Codes；BER.目录第1章 TD-SCDMA介绍41.1 TD-SCDMA介绍41.1.1 TD-SCDMA的发展过程51.1.2 TD-SCDMA标准的现状51.1.3 TD-SCDMA标准的后续发展61.1.4 中国TD与美、欧3G技术的优缺点71.2 TD-SCDMA信道编码介绍71.2.1 信道编码介绍71.2.2 卷积编码介绍8第2章 TD-SCDMA卷积编码的实现102.1 卷积码的解析表示法102.2 卷积编码器的实现122.2.1 卷积编码器原理122.2.2 卷积编码器程序设计132.3 卷积编码仿真142.3.1 (2,1)卷积码的仿真142.3.2 (3,1)卷积码的仿真15第3章 误码率分析183.1 仿真通信系统模型183.2 误码率分析183.2.1 (2,1)卷积码的误码率曲线183.2.2 (3,1)卷积码的误码率曲线213.2.3 (2,1)卷积码与(3,1)卷积码的星座图23第4章 总 结28参考文献29致 谢30附 录31第1章 TD-SCDMA介绍1.1 TD-SCDMA介绍TD-SCDMA，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，即时分同步的码分多址技术，是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持。TD-SCDMA是集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术。它采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等技术。TD-SCDMA为TDD模式，在应用范围内有其自身的特点：一是终端的移动速度受现有DSP运算速度的限制只能做到240km/h；二是基站覆盖半径在15km以内时频谱利用率和系统容量可达最佳，在用户容量不是很大的区域，基站最大覆盖可达304km。所以，TD-SCDMA适合在城市和城郊使用，在城市和城郊这两个不足均不影响实际使用。因在城市和城郊，车速一般都小于200km/h，城市和城郊人口密度高，因容量的原因，小区半径一般都在15km以内。而在农村及大区全覆盖时，用WCDMA FDD方式也是合适的，因此TDD和FDD模式是互为补充的。TDD模式是基于在无线信道时域里，周期地重复TDMA帧结构实现的。这个帧结构被再分为几个时隙。在TDD模式下，可以方便地实现上/下行链路间地灵活切换。这一模式的突出的优势是，在上/下行链路间的时隙分配可以被一个灵活的转换点改变，以满足不同的业务要求。这样，运用TD-SCDMA这一技术，通过灵活地改变上/下行链路的转换点就可以实现所有3G对称和非对称业务。合适的TD-SCDMA时域操作模式可自行解决所有对称和非对称业务以及任何混合业务的上/下行链路资源分配的问题。TD-SCDMA的无线传输方案综合了FDMA、TDMA和CDMA等基本传输方法。通过与联合检测相结合，它在传输容量方面表现非凡。通过引进智能天线，容量还可以进一步提高。智能天线凭借其定向性降低了小区间频率复用所产生的干扰，并通过更高的频率复用率来提供更高的话务量。基于高度的业务灵活性，TD-SCDMA无线网络可以通过无线网络控制器（RNC）连接到交换网络，如同三代移动通信中对电路和包交换业务所定义的那样。在最终的版本里，计划让TD-SCDMA无线网络与INTERNET直接相连。TD-SCDMA所呈现的先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称和非对称的3G业务所设计的，它运行在不成对的射频频谱上。TD-SCDMA传输方向的时域自适应资源分配可取得独立于对称业务负载关系的频谱分配的最佳利用率。因此，TD-SCDMA通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率，可支持速率从8kbps到2Mbps的语音、互联网等所有的3G业务。根据ITU的要求和原邮电部的准备，我国于1998年6月底向国际电联提交了我国对IMT2000无线传输技术（RTT）的建议(TD-SCDMA)。2000年5月5日，国际电联正式公布了第三代移动通信标准，我国提交的TD-SCDMA已正式成为ITU第三代移动通信标准IMT 2000建议的一个组成部分。我国自主知识产权的TD-SCDMA、欧洲WCDMA和美国CDMA2000成为3G时代最主流的技术。1.1.1 TD-SCDMA的发展过程1998年初，在当时的邮电部科技司的直接领导下，由电信科学技术研究院组织队伍在SCDMA技术的基础上，研究和起草符合IMT-2000要求的我国的TD-SCDMA建议草案。该标准草案以智能天线、同步码分多址、接力切换、时分双工为主要特点，于ITU征集IMT-2000第三代移动通信无线传输技术候选方案的截止日1998年6月30日提交到ITU，从而成为IMT-2000的15个候选方案之一。ITU综合了各评估组的评估结果，在1999年11月赫尔辛基ITU-RTG8/1第18次会议上和2000年5月在伊斯坦布尔的ITU-R全会上，TD-SCDMA被正式接纳为CDMA TDD制式的方案之一。CWTS(中国无线通信标准研究组)作为代表中国的区域性标准化组织，从1999年5月加入3GPP以后，经过4个月的充分准备，并与3GPPPCG(项目协调组)、TSG(技术规范组)进行了大量协调工作后，在同年9月向3GPP建议将TD-SCDMA纳入3GPP标准规范的工作内容。1999年12月在法国尼斯的3GPP会议上，我国的提案被3GPPTSGRAN(无线接入网)全会所接受，正式确定将TD-SCDMA纳入到Release 2000(后拆分为R4和R5)的工作计划中，并将TD-SCDMA简称为LCRTDD(低码片速率TDD方案)。经过一年多的时间，经历了几十次工作组会议，几百篇文稿的提交和讨论，在2001年3月棕榈泉的RAN全会上，随着包含TD-SCDMA标准在内的3GPPR4版本规范的正式发布，TD-SCDMA在3GPP中的融合工作达到了第一个目标。至此，TD-SCDMA不论在形式上还是在实质上，都已在国际上被广大运营商、设备制造商所认可和接受，形成了真正的国际标准。1.1.2 TD-SCDMA标准的现状自2001年3月3GPPR4发布后，TD-SCDMA标准规范的实质性工作主要在3GPP体系下完成。在R4标准发布之后的两年多时间里，大唐与其他众多的业界运营商、设备制造商一起，又经过无数次会议讨论、邮件组讨论，通过提交的大量文稿，对TD-SCDMA标准规范的物理层处理、高层协议栈消息、网络和接口信令消息、射频指标和参数、一致性测试等部分的内容进行了一次次的修订和完善，使得到目前为止的TD-SCDMAR4规范达到了相当稳定和成熟的程度。在3GPP的体系框架下，经过融合完善后，由于双工方式的差别，TD-SCDMA的所有技术特点和优势得以在空中接口的物理层体现。物理层技术的差别是TD-SCDMA与WCDMA最主要的差别所在。在核心网方面，TD-SCDMA与WCDMA采用完全相同的标准规范，包括核心网与无线接入网之间采用相同的Iu接口；在空中接口高层协议栈上，TD-SCDMA与WCDMA二者也完全相同。这些共同之处保证了两个系统之间的无缝漫游、切换、业务支持的一致性、QoS的保证等，也保证了TD-SCDMA和WCDMA在标准技术的后续发展上保持相当的一致性。1.1.3 TD-SCDMA标准的后续发展在3G技术和系统蓬勃发展之际，不论是各个设备制造商、运营商，还是各个研究机构、政府、ITU，都已经开始对3G技术以后的发展方向展开研究。在ITU认定的几个技术发展方向中，包含了智能天线技术和TDD时分双工技术，认为这两种技术都是以后技术发展的趋势，而智能天线和TDD时分双工这两项技术，在目前的TD-SCDMA标准体系中已经得到了很好的体现和应用，从这一点中，也能够看到TD-SCDMA标准的技术有相当的发展前途。另外，在R4之后的3GPP版本发布中，TD-SCDMA标准也不同程度地引入了新的技术特性，用以进一步提高系统的性能，其中主要包括：通过空中接口实现基站之间的同步，作为基站同步的另一个备用方案，尤其适用于紧急情况下对于通信网可靠性的保证；终端定位功能，可以通过智能天线，利用信号到达角对终端用户位置定位，以便更好地提供基于位置的服务；高速下行分组接入，采用混合自动重传、自适应调制编码，实现高速率下行分组业务支持；多天线输入输出技术(MIMO)，采用基站和终端多天线技术和信号处理，提高无线系统性能；上行增强技术，采用自适应调制和编码、混合ARQ技术、对专用/共享资源的快速分配以及相应的物理层和高层信令支持的机制，增强上行信道和业务能力。在政府和运营商的全力支持下，TD-SCDMA产业联盟和产业链已基本建立起来，产品的开发也得到进一步的推动，越来越多的设备制造商纷纷投入到TD-SCDMA产品的开发阵营中来。随着设备开发、现场试验的大规模开展，TD-SCDMA标准也必将得到进一步的验证和加强。为了加快TD-SCDMA的产业化进程，早日形成完整的产业链和多厂家供货环境, 2002年10月30日，TD-SCDMA产业联盟在北京成立。TD-SCDMA产业联盟的成员企业由最初的7家，发展到目前的30家企业，覆盖了TD-SCDMA产业链从系统、芯片、终端到测试仪表的各个环节。1.1.4 中国TD-SCDMA与美、欧3G技术的优缺点优点:1.频谱利用率高，TD-SCDMA一个载频1.6M，WCDMA一个载频10M；2.对功控要求低，TD-SCDMA为0200MZ WCDMMA为1500MZ；3.采用了智能天线和联合测试，引入了所谓的空中分级，但效果如何，还待验证；4.避免了呼吸效应，TD-SCDMA不同业务对覆盖区域的大小的要求较低,易于网络规划；缺点:1.同步要求高，TD-SCDMA需要GPS同步，同步的准确程度影响整个系统是否正常工作；2.码资源受限，TD-SCDMA只有16个码，远远少于业务需求所需要的码数量；3.干扰问题，上下行、本小区、邻小区都可能存在干扰；4.移动速度慢，TD-SCDMA：120KM/H，WCDMA：500KM/H。1.2 TD-SCDMA信道编码介绍1.2.1 信道编码介绍在数字通信中，根据不同的目的，编码可分为信源编码和信道编码。信源编码是为了提高数字信号的有效性以及为了使模拟信号数字化而采取的编码。信道编码是为了降低误码率，提高数字通信的可靠性而采取的编码。信道编码现在已经得到广泛的应用。信道编码的实质是在信息码中增加一定数量的多余码元(称为监督码元)，使它们满足一定的约束关系，这样，由信息码元和监督码元共同组成一个由信道传输的码字。一旦传输过程中发生错误，则信息码元和监督码元间的约束关系被破坏。在接收端按照既定的规则校验这种约束关系，从而达到发现和纠正错误的目的。信道编码有多种分类方式，主要按照关系、范围及用途分为三种：(1)根据纠错码各码组信息元和监督元的函数关系，可分为线性码和非线性码。如果函数关系是线性的，即满足一组线性方程式，则称为线性码，否则为非线性码。(2)根据上述关系涉及的范围，可分为分组码和卷积码。分组码的各码元仅与本组的信息元有关；卷积码中的码元不仅与本组的信息元有关，而且还与前面若干组的信息元有关。(3)根据码的用途，可分为检错码和纠错码。检错码以检错为目的，不一定能纠错；而纠错码以纠错为目的，一定能检错。信息通过信道传输，由于物理介质的干扰和无法避免的噪声，信道的输入和输出之间仅具有统计意义上的关系，在做出唯一判决的情况下将无法避免差错，其差错概率完全取决于信道特性。因此，一个完整、实用的通信系统通常包括信道编译码模块。视频信号在传输前都会经过高度压缩以降低码率，传输错误会对最后的图像恢复产生极大的影响，因此信道编码尤为重要。信道编码的作用一是使码流的频谱特性适应通道的频谱特性，从而使传输过程中能量损失最小，提高信号能量与噪声能量的比例，减小发生差错的可能性；二是增加纠错能力，使得即便出现差错也能得到纠正。信道编码技术可改善数字信息在传输过程中噪声和干扰造成的误差，提高系统可靠性，因而提供高效的信道编译码技术成为3G移动通信系统中的关键技术之一。3G移动通信系统所提供的业务种类的多样性、灵活性，对差错控制编译码提出了更高的要求。在TD-SCDMA中，信道编码有3种选择：对于传输质量等级小于10-3要求时，使用卷积深度从1 到1/3的带有前向纠错的卷积编码。传输质量等级大于10-3要求时，传输速率大于32Kbps时，使用超级编码（Turbo code）。还可以选择没有编码。而卷积编码是3G移动通信技术TD-SCDMA系统中主要信道编码方式之一。1.2.2 卷积编码介绍卷积码的编码器是由一个有k个输入位(端)、n个输出位(端)，且具有m级移位寄存器所构成的有限状态的有记忆系统，通常称它为时序网络。非分组码的卷积码的编码器是在任一段规定时间内产生n个码元，但它不仅取决于这段时间中的k个信息位，还取决于前(K-1)段规定时间内的信息位，这K段时间内的码元数目为Kk，称参数K为卷积码的约束长度，每k个比特输入，得到n比特输出，编码效率为k/n，约束长度为K。在k=1的条件下，移位寄存器级数m=K-1。 卷积码一般可用(n，k，K)来表示，其中k为输入码元数，n为输出码元数，而K则为编码器的约束长度。典型的卷积码一般选n和k ( k n ) 值较小，但约束长度K可取较大值(K0 input=input,zeros(size(1:k0-rem(length(input),k0);endn=length(input)/k0;% n为输入序列长度if rem(size(G,2),k0)0 error(Error,G is not of the right size.)endL=size(G,2)/k0;% L为约束长度n0=size(G,1);% n0为输出端个数u=zeros(size(1:(L-1)*k0),input,zeros(size(1:(L-1)*k0);% 输入矩阵前后补0u2=zeros(n0,n+L-1);for i=1:n+L-1 u1=u(i+L-1)*k0:-1:i*k0); uu=G*u1; u2(:,i)=uu; end output=reshape(rem(u2,2),1,n0*(L+n-1);2.3 卷积编码仿真2.3.1 (2,1)卷积码的仿真随机输入一组序列，通过卷积编码器程序对所输入的序列进行编码，得到卷积码输出，再对这个卷积码进行噪声干扰，在实际通信系统中即相当于在空中传输过程中出现传输错误，出现误码，译码器接收到错误的码字进行解码，理论上按照Viterbi译码算法是可以回溯到原始的正确码字的，即原始的输入序列。现在用卷积编码器程序在MATLAB中对该实验进行仿真，验证译码是否正确，以得出是否有差错控制的功能，即卷积码是否可以实现差错控制。设置编码器输入端：随机输入序列：coder_input=1 0 1 1 0 1 0 0 输入(2,1)卷积码的生成矩阵：设置输入端个数：k=1 则通过仿真得到编码器输出的卷积码序列：channel_output =1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0仿真结果如图2.3.1所示。图2.3.1 编码器输出的卷积码当通信过程中遇到噪声干扰，就会出现误码。例如本次实验中将编码器输出序列的第一位、第五位、第十位和最后一位更改，得到加噪之后的序列，再将加噪序列送入Viterbi译码器程序进行译码输出。经过译码之后输出的序列理论上应该是原始的输入序列，若实际输出与输入序列相同，则验证成功。设置解码器输入端：编码器输出的卷积码序列：channel_output =1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0加了噪声之后的序列(被送到译码器中进行译码的序列)：channel_output =0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1经过译码器译码之后的输出序列：decoder_output =1 0 1 1 0 1 0 0该序列与原始的输入序列coder_input=1 0 1 1 0 1 0 0相同，即还原到了原始的输入序列，达到了纠错的目的，验证成功。仿真结果如图2.3.2所示。图2.3.2 解码器输出的序列2.3.2 (3,1)卷积码的仿真随机输入一组序列，通过卷积编码器程序对所输入的序列进行编码，得到卷积码输出，再对这个卷积码进行噪声干扰，在实际通信系统中即相当于在空中传输过程中出现传输错误，出现误码，译码器接收到错误的码字进行解码，理论上按照Viterbi译码算法是可以回溯到原始的正确码字的，即原始的输入序列。现在用卷积编码器程序在MATLAB中对该实验进行仿真，验证译码是否正确，以得出是否有差错控制的功能，即卷积码是否可以实现差错控制。 设置编码器输入端：随机输入序列：coder_input=1 0 1 1 0 1 0 0输入(2,1)卷积码的生成矩阵：设置输入端个数：k=1则通过仿真得到编码器输出的卷积码序列：channel_output=1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0仿真结果如图2.3.3所示。图2.3.3 编码器输出的卷积码当通信过程中遇到噪声干扰，就会出现误码。例如本次实验中将编码器输出序列的第一位、第五位、第十位和最后一位更改，得到加噪之后的序列，再将加噪序列送入Viterbi译码器程序进行译码输出。经过译码之后输出的序列理论上应该是原始的输入序列，若实际输出与输入序列相同，则验证成功。设置译码器输入端：编码器输出的卷积码序列：channel_output=1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0加了噪声之后的序列(被送到译码器中进行译码的序列)：channel_output=0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1经过译码器译码之后的输出序列：decoder_output =1 0 1 1 0 1 0 0该序列与原始的输入序列coder_input=1 0 1 1 0 1 0 0相同，即还原到了原始的输入序列，达到了纠错的目的，验证成功。仿真结果如图2.3.4所示。图2.3.4 解码器输出的序列第3章 误码率分析3.1 仿真通信系统模型为了模拟实际通信系统，进行误码率分析，需要建立通信系统模型，仿真通信系统框图如图3.1.1所示，其中信源为随机输入的二进制码元，卷积编码即是通过MATLAB仿真的部分。信道为简单的加性高斯白噪声信道，即产生误码的原因。调制方式为QPSK调制,译码方式采用了Viterbi算法的卷积码译码，也是通过MATLAB仿真的部分。信源卷积编码器输出Viterbi译码器解调AWGN信道QPSK调制图3.1.1 仿真通信系统框图模型3.2 误码率分析当随机输入一组序列时，通过卷积编码程序对所输入的序列进行编码，得到卷积码输出，再对这个卷积码进行噪声干扰，在实际通信系统中即相当于在空中传输过程中出现传输错误，或在高斯白噪声传播信道中传输出现误码，该错误的码字被译码器接收，而译码器会对接收到的错误的码字进行解码，理论上，按照Viterbi译码算法可以回溯到原始的正确码字，即正确的输入序列。但是由于通信信道质量不同，加入的噪声可能很大，输入的序列长，产生错误的码字不一定只是简单的几个而已，因此经过噪声干扰之后的序列经过译码之后，有可能无法回溯到源码字，这样就会出现误码。因此应该对序列进行误码率分析。对卷积码译码误码率的分析离不开信噪比-误码率曲线图。该曲线图以信噪比(SNR)为横坐标，以误码率(BER)为纵坐标。信噪比是指信息功率与噪声功率的比值，单位是分贝(dB)，即：3.2.1 (2,1)卷积码的误码率曲线通过matlab仿真绘制(2,1)卷积码的误码率曲线图。为了使仿真结果准确性更高，随机输入数据个数要达到一定的数量，本次仿真将随机产生10万个输入数据，并绘制其通过卷积编码，QPSK调制，AWGN信道，解调，Viterbi解码后所得输出序列的信噪比-误码率曲线。为了使结果更有说服力，绘制同一序列仅通过QPSK调制，AWGN信道，解调后所得输出序列的信噪比-误码率曲线作为对比。源程序如下：clcclear all;input=randint(1,100000);% 产生随机输入序列LL=length(input);% 输入序列长度k0=1;% 输入端个数k0=1p=1;para=1;% qpsk调制器输入矩阵行数为1ml=2;G=1,0,1,1,1,0,0,0,1;1,1,1,1,0,1,0,1,1;% 1/2码率生成矩阵iout1,qout1=qpskmod(input,para,LL,ml);% 不经过编码直接调制，作为参考序列L1=length(iout1);output=cnv_code(G,k0,input);% 对输入序列进行卷积编码dataL=size(output,2);% 经过编码后的序列的长度为dataLiout2,qout2=qpskmod(output,para,dataL,ml);% 对已编码序列进行qpsk调制L2=length(iout2);for SNR=0:0.5:6Z1=AWGN(iout1,qout1,SNR);% 对参考序列加噪 X1=Z1(1:L1); Y1=Z1(L1+1:length(Z1); Z2=AWGN(iout2,qout2,SNR);% 对已编码已调制信号加噪 X2=Z2(1:L2); Y2=Z2(L2+1:length(Z2); undata=qpskdemod(X1,Y1,para,L1,ml);% 对加噪后的参考序列解调 demodata=qpskdemod(X2,Y2,para,L2,ml);% 对加噪后的信号解调decoder_output,survivor_state,cumulated_metric=viterbi(G,k0,demodata);% 将解调后的信号通过viterbi解码器解码% 参考序列误码率计算 output_add1=undata-input;% 解码器输出矩阵减去输入矩阵得到差矩阵 bit_errors1=find(output_add1);% 找出差矩阵中的非零元素bit_error_count1=size(bit_errors1,2);% 非零元素的个数即为误码个数 ber1(p)=bit_error_count1/LL;% 误码个数除以输入序列长度，得到误码率% 经过卷积编码的序列误码率计算 output_add2=decoder_output-input;% 解码器输出矩阵减去输入矩阵得到差矩阵 bit_errors2=find(output_add2);% 找出差矩阵中的非零元素 bit_error_count2=size(bit_errors2,2);% 非零元素的个数即为误码个数ber2(p)=bit_error_count2/LL;% 误码个数除以输入序列长度，得到误码率 p=p+1;end% 画出误码率曲线figure(1);m=0:0.5:6;semilogy(m,ber1,r);hold on;semilogy(m,ber2);xlabel(SNR);ylabel(BER);legend(参考序列,(2,1)卷积码);grid on在matlab中运行后，得到参考序列的误码率曲线与(2,1)卷积码的误码率曲线图如图3.2.1图3.2.1 (2,1)卷积码的误码率曲线由图可知，当码率一定时（本次仿真码率为1/2），随着噪声功率的减小，信噪比(SNR)逐渐升高，误码率逐渐减小。这是信噪比较低时，卷积码的整体趋势。信噪比极低时，卷积编码无法改善系统误码率，反而使得误码率升高。这种现象可以解释为：当环境极其恶劣时，误码率本身已经很高了（图中大于10%），此时解调出的信号中存在大量错误，超出了卷积编码的纠错能力。在此情形下，维特比译码不但无法正常纠错，反而会导致更多的错误。需要指出的是，现实中人们并不会令通信系统工作在如此高的误码率条件下（如此高误码率的通信系统没有实际意义；即使信噪比确实很低，人们也会通过分集接收、联合检测等技术改善系统性能）。随着信噪比逐渐升高，经过(2,1)卷积编码的序列误码率明显低于参考序列的误码率，所以，可以认为经过卷积编码的序列整体误码率低于未经过卷积编码的参考序列的误码率，证明卷积编码对降低信号误码率还是有意义的。信噪比趋于5dB以上时，噪声功率很小，对信息的干扰也很小，信息加噪后只产生了少量误码，再经过解调与Viterbi解码，对其误码进行纠错后，误码个数进一步降低甚至接近于0。3.2.2 (3,1)卷积码的误码率曲线通过matlab仿真绘制(3,1)卷积码的误码率曲线图。为了使仿真结果准确性更高，随机输入数据个数要达到一定的数量，本次仿真将随机产生10万个输入数据，并绘制其通过卷积编码，QPSK调制，AWGN信道，解调，Viterbi解码后所得输出序列的信噪比-误码率曲线。为了使结果更有说服力，绘制同一序列仅通过QPSK调制，AWGN信道，解调后所得输出序列的信噪比-误码率曲线作为对比。源程序如下：clcclear all;input=randint(1,100000);% 产生随机输入序列LL=length(input);% 输入序列长度k0=1;% 输入端个数k0=1p=1;para=1;% qpsk调制器输入矩阵行数为1ml=2;G=1,0,1,1,0,1,1,1,1;1,1,0,1,1,0,0,1,1;1,1,1,0,0,1,0,0,1;% 1/3码率生成矩阵iout1,qout1=qpskmod(input,para,LL,ml);% 不经过编码直接调制，作为参考序列L1=length(iout1);output=cnv_code(G,k0,input);% 对输入序列进行卷积编码dataL=size(output,2);% 经过编码后的序列的长度为dataLiout2,qout2=qpskmod(output,para,dataL,ml);% 对已编码序列进行qpsk调制L2=length(iout2);for SNR=0:0.5:6Z1=AWGN(iout1,qout1,SNR);% 对参考序列加噪 X1=Z1(1:L1); Y1=Z1(L1+1:length(Z1); Z2=AWGN(iout2,qout2,SNR);% 对已编码已调制信号加噪 X2=Z2(1:L2); Y2=Z2(L2+1:length(Z2); undata=qpskdemod(X1,Y1,para,L1,ml);% 对加噪后的参考序列解调 demodata=qpskdemod(X2,Y2,para,L2,ml);% 对加噪后的信号解调decoder_output,survivor_state,cumulated_metric=viterbi(G,k0,demodata);% 将解调后的信号通过viterbi解码器解码% 参考序列误码率计算 output_add1=undata-input;% 解码器输出矩阵减去输入矩阵得到差矩阵 bit_errors1=find(output_add1);% 找出差矩阵中的非零元素bit_error_count1=size(bit_errors1,2);% 非零元素的个数即为误码个数 ber1(p)=bit_error_count1/LL;% 误码个数除以输入序列长度，得到误码率% 经过卷积编码的序列误码率计算 output_add2=decoder_output-input;% 解码器输出矩阵减去输入矩阵得到差矩阵 bit_errors2=find(output_add2);% 找出差矩阵中的非零元素 bit_error_count2=size(bit_erro