卷积码的设计与实现

1、湖南艺术学院课程设计报告课程名称：通信系统课程设计医院部门：电气信息工程学院专业课：学生姓名：指导教师：完成时间：2011年12月29日报告成绩：审阅意见：审查教师日期目录目录2摘要3Abstract4一、简介51.1设计工作和基本要求51.2设计目的61.3设计中使用的设备6二、基本概念62.1卷积码编码原理62.2卷积码编码说明62.3卷积码解码说明6三、卷积码编码和解码原理63.1卷积码的图形说明63.1.1树状视图83.1.2栅格也83.1.3状态也为93.2卷积产品代码编码算法93.3卷积码Viterbi解码10四、卷积码模拟和性能分析124.1 SIMULINK模拟模块124.2线

2、路代码参数对误码率的影响134.2.1比特率对错误性能的影响134.2.2约束长度对故障性能的影响154.2.3反向跟踪长度对卷积码性能的影响164.3模拟分析17摘要18参考资料：19摘要信息卷积码是深层空间通信系统和无线通信系统中常用的错误控制码。卷积代码在编码过程中充分利用代码之间的相关性。卷积码的性能得分组码具有与组码相同的速度和设备复杂性，即使在理论上和实际上都已证明，也具有优势。卷积码更容易实现最佳解码。因此，卷积码广泛用于卫星通信、CDMA数字移动通信等通信系统，是一种很有希望的编码方式。对此的研究具有很大的实际意义。为了解决传统的比特比解码器结构复杂、解码速度慢、资源消耗大的问

3、题，提出了适合FPGA的新类型，包括解码输出并行操作、同时存储路径矢量和状态矢量的解码器设计方案。该设计通过ISE.2i中的仿真验证，通过准确的解码结果获得了编码前源元素，从而大大提高了速度，大大降低了解码器复杂性。应用于实际软件无线电通信系统的信道编解码部分，性能优越。关键字：卷积代码；错误性能原理AbstractConvolution code is deep space communication system and wireless communication system noadaays . but the error-controlling codes . the coding

4、with the same code block code rate and equipment and the complex of con Ditions，Either in theory or in practice proved that the performance of convitionsand convolution code in the realization Of the optimal decoding with block code easier。therefore convolution code Is widely applied in satellite co

5、mmunication s，Such as CDMA digital mobile communication system，Is very promisingin order to solve The traditional victor than Decoder structure Is complex，decoding speed is slow，consumer resources big problemsKeywords:解决方案代码；The ber performance，principle一、引言1.1设计工作和基本要求信道编码是数字通信系统的重要组成部分，是保证可靠信号传输的重

6、要方法。卷积码以优异的性能广泛应用于数字通信系统。必须掌握卷积码的构成、功能和卷积码的解码及其算法，并设计和验证卷积编码器。整体设计必须满足以下要求：(1)绘制说明系统主要组件功能的卷积码的框图。(2)根据选定的软件准备用于系统模拟的测试文件。(3)提供并分析仿真结果。(4)独立完成课程设计报告。(5)电路图中的图形符号必须符合国家或国际标准。1.2设计目的(1)深化对通信基本知识分析和卷积码的掌握，提高综合利用通信知识的能力。(2)培养学生复习参考文献，独立思考、设计、研究电子技术相关问题的能力。(3)使用仿真软件掌握系统的仿真分析。(4)确定相关电子电路工程规范和现有电子元件的性能规范；(

7、5)了解电气图形国家标准和电气图形国家标准，使用电子CAD等正确绘制电路图。(六)培养严肃认真的工作作风和科学态度，树立严格的工程技术概念。(7)培养工程实践能力、创新能力和综合设计能力。1.3设计中使用的设备电脑，MATLAB软体二、基本概念2.1卷积码编码原理卷积代码通常用(n，k，m)表示，即将k个信息位编译为n个编码位。通常，k和n非常小，特别适合以串行方式传输信息，并将延迟降至最低。m是编码约束的长度，描述了编码过程中相互约束的代码段数。卷积码编码后，n个代码元素与前m- 1个输入信息位相关，以及当前组的k个信息位相关，因此在编码过程中，相互关联的代码元素为m*n。将R=k/n定义为

8、线路代码的比特率和约束长度是衡量线路代码性能的两个重要参数。卷积码的编码描述方法分为分析表示和图形表示两类。电子包括离散卷积方法、生成矩阵方法和代码多项式方法。后者包括状态图法、树图法和网格法。卷积码通常描述为由移位寄存器组成的网络结构。2.2卷积码编码说明卷积码的编码描述方法包括5种：脉冲响应描述方法、生成矩阵描述方法、多项式产品描述方法、状态图描述方法和栅格图描述方法。卷积码的纠错能力随n的增加而增加，而误差率随n的增加呈指数下降。编码器复杂度相同时，卷积码的性能优于数据包码。组码具有严格的代数结构，但卷积码至今还没有找到这样严格的数学手段。块码译码算法可通过代数特性获得。线路代码可以使用

9、适合于块代码的阈值解码(即大量逻辑解码)，但是性能比比特率解码和序列解码低。2.3卷积码解码说明卷积编码的最佳解码标准是，在给定已知编码结构、信道特性和接收序列的情况下，解码器将与已发送序列最相似的序列用作已发送代码字序列的评估。对于二进制对称信道，最相似的传输序列是在汉明距离上与接收序列最近的序列。卷积码解码方法主要有两种。一种是大量逻辑解码，也称为阈值解码(硬确定，请参阅编辑)。另一种是概率解密(软判断，编辑)，概率解密分为比特解密和序列解密两种。阈值解码方法基于分块码理论，解码装置简单快捷，但错误性能比概率解码方法差。当线路代码的约束长度不大时，维特比序列解码简单，计算速度快。维特比解码

10、算法是1967年维特比提出的，近年来有了很大发展。该算法是根据接收序列在代码的网格中找到与接收序列的距离(或其他测量)的最小算法。目前，该算法被广泛用于数字通信的前向纠错系统，并被广泛用于卫星深空通信，该算法作为卫星通信的标准技术被采用。三、卷积码编码和解码原理3.1卷积码的图形说明例如，3-1 (3，1，3)线路代码编码器显示了线路代码编码器的工作过程输出序列M1、m2、mj，Y1，jY2，j输入序号Y3，j图3-1 (3，1，3)线路代码编码器三触点转换开关和三位移存储器和模式2加法器组分别构成信息位，该编码器生成3个输出位。为了方便起见，首先假设移位寄存器的起始状态全部为0，第一位为“0

11、”时，输出位为OO0。如果第一个块位为1，则输出位为111。如果失去第二个位，则第一个位向右移动。此时，输出位与“当前输入位和以前的输入位”相关。第一位和第二位都向右移动，此时可以看到输出位与“当前输入位和前两位探索位”相关。当发送第四个位时，原始的第一个位从移位寄存器中移出，消失。也就是说，如图3-2所示，上述编码器在移位过程中可以生成的各种序列可以用树状视图、网格图或状态图来描述。t输出输入t图3-2编码器输入-输出关系3.1.1树状视图dcbbaa000a011110001110001000111000111111000100101010ababccddadcbbaa111a011110

12、10110001001110000111100011100101010ababccdd图3-3 (3、1、3)线路代码的树视图图3-3显示了(3，1，3)卷积代码的树视图。按照惯例。代码树的开始节点在左侧，移位寄存器的初始状态显示为00、-=00、a，a显示在起始节点中。如果块代码元素为0，则从节点出发到分支。块编号为1时，从节点转到分支。例如，如果编码器的第一输入位为0时升支，则分配器的输出代码“000”记录在上面的分支之上。编码器的第一位为1时，分支下降。此时，内存输出代码“111”记录在图中下部分支的上方。移位寄存器从第二位向右移动一位。此时，在分支情况下，移位寄存器的状态为00，即a，

13、并显示在分支节点中。在这种情况下，分支情况下的移位寄存器状态为O1，即b，显示在下一个分支节点中。同时上下分支分为两部分。今后，每一个新的失败者位，上下分两个岔。通过4个块位获得的编码器的树视图如图3-3所示。树视图中节点的尺寸a表示=00，b表示=O1。c=10，d=11。3.1.2网格图如在树视图中所示，第j个块信息位出现分支，树视图中出现节点，从上到下重复四种状态。随着j的增大，图形的垂直大小越来越大。因此，注意到代码树状态的重复性，提出了可以小型化图形的栅格图。上面的示例(3，1，3)代码中的栅格图标如图3-4所示。合并网格图的代码树中处于相同状态的节点。代码树的上分支显示为实线，下分支显示为虚线。分支道路中显示的代码元素是输出位。由上而下节点4列分别表示四种状态：a、b、c和d。网格图的状态，通常是状态。从第n个节点开始。图形开始重复，完全相同。abcd00000000000000011111111111