基于Matlab的（213）卷积码译码器的设计与仿真

1、2007级学生数字通信原理课程设计 数字通信原理课程设计报告书课题名称基于matlab的（2，1，3）卷积码译码器的设计与仿真姓 名学 号院、系、部物理与电信工程系专 业通信工程指导教师2010年 1 月 15 日一、 设计任务及要求设计目的本课程设计主要解决对一个卷积码序列进行维特比(viterbi)译码输出,并通过matlab软件进行设计与仿真。卷积码的译码有两种方法软判决和硬判决。本课程设计便是通过matlab设计一个硬判决维特比译码输出的完整电路，并进行误码率分析。设计要求本课程设计主要解决对一个卷积码序列进行维特比(viterbi)译码输出,并通过matlab软件进行设计与仿真，并进

2、行误码率分析。在课程设计中，程序设计与仿真均采用matlab 7.6.0(r2008a)，最后仿真详单与理论分析一致 指导教师签名： 2010年 1 月 15日 二、指导教师评语：指导教师签名： 2010年 1 月 15日 三、成绩 验收盖章 2010年 1 月 15日 基于matlab的（2，1，3）卷积码译码器的设计与仿真1、设计目的本课程设计主要解决对一个卷积码序列进行维特比(viterbi)译码输出,并通过matlab软件进行设计与仿真。卷积码的译码有两种方法软判决和硬判决。本课程设计便是通过matlab设计一个硬判决维特比译码输出的完整电路，并进行误码率分析。2、设计要求本课程设计主

3、要解决对一个卷积码序列进行维特比(viterbi)译码输出,并通过matlab软件进行设计与仿真，并进行误码率分析。在课程设计中，程序设计与仿真均采用matlab 7.6.0(r2008a)，最后仿真详单与理论分析一致。3、整体设计方案3.1 设计原理采用概率译码的基本思想是：把已接收序列与所有可能的发送序列做比较，选择其中码距最小的一个序列作为发送序列。如果发送l组信息比特，那么对于(n,k)卷积码来说，可能发送的序列有2kl个，计算机或译码器需存储这些序列并进行比较，以找到码距最小的那个序列。当传信率和信息组数l较大时，使得译码器难以实现。维特比算法则对上述概率译码做了简化，以至成为了一种

4、实用化的概率算法。它并不是在网格图上一次比较所有可能的2kl条路径(序列)，而是接收一段，计算和比较一段，选择一段最大似然可能的码段，从而达到整个码序列是一个最大似然值得序列。下面图3.1是(2，1，3)卷积码编码器所编出的码。为了能说明解码过程，该码的状态图，如图3.2所示。图3.1 (2,1,3)卷积码编码器图3.2 (2,1,3)卷积码状态图3.2、 matlab中卷积码维特比译码器的设计整个设计的结构框图如图3.3图3.3 整体设计结构模块框图可见，本设计由3个子系统组成：信源模块对随机二进制信号进行卷积码和二进制相位调制，输出基带调制信号；信道模块是一个有噪声信道；信宿模块对调制信号

5、进行软判决译码，得到原始信息序列，并且计算调制信号的误码率。信源模块由贝努利二进制序列产生器、卷积码编码器以及二进制相位调制3个模块组成，如图3.4所示图3.4 信源模块系统框图本设计使用相对较简单的一个加性高斯白噪声信道作为噪声信道，它在二进制相位调制信号中叠加高斯白噪声。信道模块如下图3.5所示。图3.5 信道模块示意图信宿模块在接收到二进制相位调制信号后，首先由bpsk demodulator baseband (二进制相位解调模块)对信号进行量化，得到硬判决量化信号，然后通过viterbi decoder(维特比译码器)对软判决信号实施译码。译码输出信号和信源模块产生的原始信号输入到e

6、rror rate calculator(误比特率统计模块)中，统计得到的数据一方面通过display(显示模块)显示出来，另一方面通过一个selector(选择器)把其中的第一个元素(即编码信号的误比特率)保存到工作区变量biterrorrate中。将此完整设计保存，命名为convh.mdl。信宿模块如下图3.6所示。图3.6 信宿模块sink4、系统仿真及分析4.1 简化维特比译码器的仿真为了验证译码模块的正确性，便让其进行最简模式运行，为此，临时设计一个简化信号系统，关闭信道噪声，不进行二进制相位的调制与解调，去掉误比特率统计模块。为了能看到输入二进制码和译码输出二进制码，增加了两个to

7、 workspace(结果输入到工作区模块)将。to workspace1模块和to workspace模块的变量名分别设置为pdata和data。整个系统模块框图如图4.1所示。图4.1 简化译码模块框图运行仿真()，在matlab的命令窗口中输入pdata和data分别得到相应的二进制序列。对所得序列分别截图，可得如图4.2所示结果。可见，译码器能够正确进行译码，所设计简化译码器正确，因而，从理论上可推导，原设计正确。图4.2 简化译码器仿真结通过对convh.mdl文件进行仿真，证明设计正确，但因所得二进制码太多，此处便不进行截图证明。4.2 、matlab中卷积码译码器的误码率分析编制

8、m文件convolutionh.m，使convh.mdl在不同的信噪比条件下重复执行前面建立的项目convh.mdl。然后绘制信道的信噪比与编码信号误比特率之间的关系曲线图。m文件代码如下：x=-10:5 ; %x表示信噪比y=x; %y表示信号的误比特率hold off; %准备一个空白图形for i=1:length(x) %重复运行convh.mdl，检验不同条件下硬判决译码的性能snr=x(i); %信道的信噪比依次取x中的元素sim(convh); %运行仿真程序，得到的误比特率保存在工作区变量biterrorrate中y(i)=mean(biterrorrate); %计算bite

9、rrorrate的均值作为本次仿真的误比特率endsemilogy(x,y); %绘制x和y的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标hold on %保持已经绘制的图形执行此m文件，得到如图4.3所示的关系曲线图。图4.3 convolutionh.m运行结果由此图可见，随着信道信噪比的提升，维特比译码所得结果的误比特率越低，信道的可信度越高，信噪比在大于-2时信道的误码率开始明显降低。5、心得体会此课程设计对整个通信系统包含的编码、传输和译码都进行了设计与仿真，从这些过程中我们看到了通信系统的基本工作原理。通过整个卷积码系统的设计与仿真，使我们加深了对卷积码的理解，掌握维特比译码的基本思路，知道如何进行误码率分析从而选者合适的信道传输信号，更重要的是学会了使用matlab作为学习工具来对我们的通信系统进行设计和仿真等操作，这对我们以后的学习和工作有着重要意义。参考文献1 rodger e.ziemer，roger l.peterson 著. 尹长川，郝建军，罗涛 等 译. 数字通信基础 (introduction to digital communication). 原书第2版. 北京：机械工业出版社，2005.1：56-892 樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯. 通信原理.第5版. 北京：国防工业出版