无线通信技术实验一卷积码

1、实验二：卷积码一、实验仪器：pc两台、usrp两台二、实验目的：1、了解grc仿真屮的信号处理模块、流程图以及使用方法2、了解卷积码的基本原理3、了解gunradio实现信道编码的方法4、了解不同snr对于误码率的影响5、了解卷积码对误码率的影响6、了解不同的卷积码对于误码率的影响三、实验要求：1. 了解grc的基本操作方法，要求仿真的流程中信道编码部分使用卷积 编码2. 通过单机实验和gnuradio+usrp的实验两种实验方式进行仿真3. 搭建冇信道编码与无信道编码的grc仿真模型4. 比较上述两种情况下的误码率，并且分析结果5. 比较不同的卷积码对于误码率的影响，并且分析结果。四、实验原

2、理:卷积码将k个信息比特编码成n个比特，但k和n通常很小，特 别适合以串行形式进行传输，吋延小。与分组码不同，卷积码编码后的n 个码元不仅与当前段的k个信息有关，还与前面的n1段信息有关，编码 过程中互相关联的码元个数为nno卷积码的纠错性能随n的增加而增大, 而差错率随n的增加而指数下降。卷积码的纠错能力不仅与约束长度冇关, 还与采用的译码方式有关。grc提供译码方式是维特比译码，它是卷积码译码方式中非常经 典的以及广泛使用的一种译码方式。该实验可以考察编码前后数据有什么 变化，译码后能不能恢复原來数据，通过number sink考察加噪声后谋比特 率怎么样，对性能有什么提高，并11划出be

3、r图形。下面为卷积码的一般 流程：卷积码双机实殓流程卩五. 实验步骤及分析：1、单机实验：单机实验分成（2,1,3）码、无信道编码、（2,1,8）码三个部分进行。（-）实验流程图：首先，我们利用（2,1,3）卷积码进行信道编码，用dpsk进行调制，來进行单机实验，最终设计的流程图和参数如卜图所示：先是vector source,即信源，设置的数据是1,0,0,1,1。然后是throttle限流 模块。接下来是packed to unpacked模块，将pack成byte或short型的数据 以unpacked型的数据输出。然后就是卷积码编码模块，这里需要找到（2,1,3） 卷积码在电脑屮的位置

4、，再将路径设置到这个模块相应的位置屮。接下来 一个模块叫做packet encoder,然后便是调制模块dpsk mod,我们使用的 便是dpsk调制。在噪声模块中设置噪声的大小为0.31,这个数字不能太 大，否则就会是解码完全错误，也不能太小，否则误比特率几乎一直为零。卜'面模拟的就是接收端，首先是dpsk demod模块，相应于dpsk编码模 块，这个模块进行解码。packet decoder相应于packet encodero然后需要加 上一个模块chunks to symbols,用于后面的映射。接下来便是维特比译码 模块，我们选择了一个将两个模块合二为一的模块，其中维度设置为

5、1,映 射与前一模块相同，路径与卷积码编码时路径相同。然后是unpacked to packed,将unpacked的数据（bit）以byte或short型的数据输出。接卜來 就是将发送的数据输入到error rate的ref端，将解调译码之后的数据输入 到in端，通过error rate模块进行误比特率的计算，并将结果存到一个file 中，设置好它的路径和名称用于后面画图使用。最后一个模块是numbersink,主要用于显示数据的具体数值，可用于计算误比特率时显示误比特率 的时候等。接下来我们去掉了卷积码编码和维特比译码的相关模块，观察其在无信道编码条件下的性能，流程图如下:id: top.

6、uockhelerence level: 0 mumbcf rate: is skowcau0: show然后我们在第一个实验的基础上，将（2,1,3）卷积码编码换为（2,1,8） 卷积码编码，观察其再这个状态下的性能，流程图除了路径部分其余与 （2,1,3）码一致，这里不再画出。（二）实验结果分析首先我们对（2,1,3）卷积码编码和无信道编码时的状态进行了比较。先在相应的窗口中输入如下的语句：（2,1,3）卷积码编码number plot03321000040 unitsoptions peak hold averageavg alpha： 0.1333,t d 1'run无信道编码

7、上而的一幅图即为无信道编码情况下的误比特率情况。根据我们学过 的知识，卷积码编码在通信中有着重要的作用，其加入了更多的校验码， 卷积码编码后的n个码元不仅与当丽段的k个信息有关，还与前面的n1 段信息有关，编码过程中互相关联的码元个数为nn。而接收端采用了维特 比译码的方式，无论是使用汉明距离还是欧式距离，都大大降低了误比特 率，从而增加了译码的可靠性。而我们的这一现象也验证了上面的理论。 也就是说信道编码在大部分信噪比的条件下冇利于捉高误比特率的性能， 虽然其引入了一定的冗余。接下来我们对（2,1,3）卷积码和（2,1,8）卷积码状态进行了比较。还 是通过输入上面相应的语句来进行画图。得到的

8、误比特率图形如下：number plot 0.09100 unit（2,1,8）卷积码这幅图显示出的结果是（2,1,8）卷积码好一些，我们做了多次试验发现 的.实际上，大部分的时间下（2,1,8）卷积码的误比特率性能要好一些，但 是也不是绝对的。在实际情况中，（2,1,8）卷积码在低信噪比的条件下误比 特率性能要差于（2,1,3）码，高信噪比条件下则相反。因为信道噪声的不 断变化，导致信噪比的不断变化，所以在不同时间两种编码的性能是交错 的。2、双机实验：（一）实验过程2.1以（2, 1, 3）卷积码为信道编码，用dbpsk进行调制。实现框图：（2, 1, 3）卷积码双机实验发送框图流程图与上

9、述单机实验类似，不同的是在信源后去掉throttle模块，并且在 发送之前要加上一个multiply const模块，用于信号放人，这里我们设置的是12k。 最后就是usrp sink模块，我们设置的发送频率是2. 45ghz, dac内插的数值是128。（2, 1, 3）卷积码双机实验接收框图首先是usrp source, adc抽样的数值为64,接收频率为2. 45ghz,下而的流程图 与单机时是完全一致的。运行结果：下图为（2, 1, 3）卷积码双机实验发送端信源时域图以及信道前时域图。卜图为（2, 1, 3）卷积码双机实验接收端信宿图以及信号经过信道后的时域波形卜图为双机实验接收端观察

10、到的误码率数值。2 13 error rate0.4000000060 units2.2以（2, 1, 8）卷积码为信道编码，用dbpsk进行调制。实现框图：（2, 1, 8）卷积码双机实验发送框图timmi vimlmo1 v»cw;q> imhi*cher仏” sinkvm： “trnua三m|.sc*roykale;9mh* 1tw3m«lstesymma1.1l<1.1wcw swrcew<t«r 1 0« 1 i -«tt ：mvmter 1 at livw?mrnv utr f ux: ik（2, 1, 8）卷积码

11、双机实验接收框图相对于（2, 1, 3）卷积码双机实验，同样只是码型及其路径选择的变化。运行结果：2002_l_8error rate0.2020000070 units上图为（2, 1, 8）卷积码双机实验接收端信宿时域图以及信道后的时域图，并且 给出了误码率大小,为0. 202unit,相对于双机实验中（2, 1, 3）码误码率减小了。2.3无信道编码双机实验，同样用dbpsk进行调制。实现框图：与实验一调制实验相同，将调制方式改为dbpsk,并信号源改为矢量源1,0, 0, 1, 1,便于与上述有信道编码的相比较。运行结果：0.5375000238 unit上图为无信道编码情况下，岂接用

12、dbpsk调制,得出的误码率，为0. 5375unit,（-）实验结果分析首先是（2,1,3）信道编码和无信道编码条件下误比特率的比较：file position: 0block size: 1000 sample rate: 1.00amplitude/homt/«70/de$ktop/grc/2132 /home/ee70/de$ktop/juanji2.dattime (s)可以显然见得得到的结论和上面单机实验是一样的，上面一条误比特 率高的线为无信道编码条件下的误比特率性能，所以信道编码有利于改善 误比特率性能。其次是(2,1,3)码和(2,1,8)码误比特率的比较：file

13、 position: 0block size: 7000 sample rate: 1.00amplitude4 3 2 1 0 1 o o o o owpru 二 de<> /home/ee70/desktop/213 /honw/eg70/desktop/grc/218j*1000200030004000500060007000time (s)上面这幅图显示两种信道编码误比特率的性能随着时间的变化相互交 错，同单机实验吋的现象是一样的。这里也是因为无线信道信噪比的不断 变化而引起的，分析同单机实验。六. 实验注意事项：(1) 在单机实验的吋需要在信源后面添加一个throttle

14、模块。(2) 卷积码设置时候的注意事项：1模块中trellis encoder&trellis viterbi combo,前者是编码部分，后者 是解码部分。其中模块 trellis viterbi combo= trellis metrics+trellis viterbi (有顺序要求)。2.trellis encoder&trellis viterbi combo模块需要进行参数设置，两者都 是需要设置下fsm args的路径并且使用的必须是一个文件。如图所示。例如路径为：,7gnuradio_src/gnuradio-3.2.2/gr-trellis/src/examples/fsm_files/awgnl o2_8 .fsmh在路径两端必须加上双引号。其中awgnlo2_4.fsm表示使用的(2,1