卷積碼實(shí)驗(yàn)報(bào)告方案

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1、蘇州科技大學(xué)天平學(xué)院電子與信息工程學(xué)院信道編碼課程設(shè)計(jì)報(bào)告課設(shè)名稱卷積碼編譯及譯碼仿真學(xué)生姓名圣鑫學(xué)號(hào)1430119232同組人周妍智專業(yè)班級(jí)通信1422指導(dǎo)教師潘欣欲一、實(shí)驗(yàn)名稱基于MAATLAB的卷積碼編碼及譯碼仿真二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康木矸e碼是一種性能優(yōu)越的信道編碼。它的編碼器和譯碼器都比較容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)它具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。隨著糾錯(cuò)編碼理論研究的不斷深入，卷積碼的實(shí)際應(yīng)用越來越廣泛。本實(shí)驗(yàn)簡明地介紹了卷積碼的編碼原理和Viterbi譯碼原理。并在SIMULINK模塊設(shè)計(jì)中，完成了對(duì)卷積碼的編碼和譯碼以及誤比特統(tǒng)計(jì)整個(gè)過程的模

2、塊仿真。最后，通過在仿真過程中分別改變卷積碼的重要參數(shù)來加深理解卷積碼的這些參數(shù)對(duì)卷積碼的誤碼性能的影響。經(jīng)過仿真和實(shí)測，并對(duì)測試結(jié)果作了分析。三、實(shí)驗(yàn)原理1、卷積碼編碼原理卷積碼是一種性能優(yōu)越的信道編碼，它的編碼器和解碼器都比較易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，這使得它的使用越來越廣泛。卷積碼一般表示為(n,k,K)的形式，即將k個(gè)信息比特編碼為n個(gè)比特的碼組，K為編碼約束長度，說明編碼過程中相互約束的碼段個(gè)數(shù)。卷積碼編碼后的n各碼元不經(jīng)與當(dāng)前組的k個(gè)信息比特有關(guān)，還與前K-1個(gè)輸入組的信息比特有關(guān)。編碼過程中相互關(guān)聯(lián)

3、的碼元有K*n個(gè)。R=k/n是編碼效率。編碼效率和約束長度是衡量卷積碼的兩個(gè)重要參數(shù)。典型的卷積碼一般選n,k較小，K值可取較大(>10)，但以獲得簡單而高性能的卷積碼。卷積碼的編碼描述方式有很多種：沖激響應(yīng)描述法、生成矩陣描述法、多項(xiàng)式乘積描述法、狀態(tài)圖描述，樹圖描述，網(wǎng)格圖描述等。2、卷積碼Viterbi譯碼原理卷積碼概率譯碼的基本思路是:以接收碼流為基礎(chǔ)，逐個(gè)計(jì)算它與其他所有可能出現(xiàn)的、連續(xù)的網(wǎng)格圖路徑的距離，選出其中可能性最大的一條作為譯碼估值輸出。概率最大在大多數(shù)場合可解釋為距離最小，這種最小距離譯碼體現(xiàn)的正是最

4、大似然的準(zhǔn)則。卷積碼的最大似然譯碼與分組碼的最大似然譯碼在原理上是一樣的，但實(shí)現(xiàn)方法上略有不同。主要區(qū)別在于:分組碼是孤立地求解單個(gè)碼組的相似度，而卷積碼是求碼字序列之間的相似度?；诰W(wǎng)格圖搜索的譯碼是實(shí)現(xiàn)最大似然判決的重要方法和途徑。用格圖描述時(shí)，由于路徑的匯聚消除了樹狀圖中的多余度，譯碼過程中只需考慮整個(gè)路徑集合中那些使似然函數(shù)最大的路徑。如果在某一點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)某條路徑已不可能獲得最大對(duì)數(shù)似然函數(shù)，就放棄這條路徑，然后在剩下的“幸存”路徑中重新選擇路徑。這樣一直進(jìn)行到最后第L級(jí)(L為發(fā)送序列的長度)。由于這種方法較早地丟棄

5、了那些不可能的路徑，從而減輕了譯碼的工作量，Viterbi譯碼正是基于這種想法。對(duì)于(n,k,K)卷積碼，其網(wǎng)格圖中共2kL種狀態(tài)。由網(wǎng)格圖的前K-1條連續(xù)支路構(gòu)成的路徑互不相交，即最初2k_1條路徑各不相同，當(dāng)接收到第K條支路時(shí)，每條路徑都有2條支路延伸到第K級(jí)上，而第K級(jí)上的每兩條支路又都匯聚在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。在Viterbi譯碼算法中，把匯聚在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的兩條路徑的對(duì)數(shù)似然函數(shù)累加值進(jìn)行比較，然后把具有較大對(duì)數(shù)似然函數(shù)累加值的路徑保存下來，而丟棄另一條路徑，經(jīng)挑選后第K級(jí)只留下2K條幸存路徑。選出的路徑同它們的對(duì)數(shù)似然函

6、數(shù)的累加值將一起被存儲(chǔ)起來。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)引出兩條支路，因此以后各級(jí)中路徑的延伸都增大一倍，但比較它們的似然函數(shù)累加值后，丟棄一半，結(jié)果留存下來的路徑總數(shù)保持常數(shù)。由此可見，上述譯碼過程中的基本操作是，“加-比-選”，即每級(jí)求出對(duì)數(shù)似然函數(shù)的累加值，然后兩兩比較后作出選擇。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩條路徑的對(duì)數(shù)似然函數(shù)累加值相等的情形，在這種情況下可以任意選擇其中一條作為“幸存”路徑。卷積碼的編碼器從全零狀態(tài)出發(fā)，最后又回到全零狀態(tài)時(shí)所輸出的碼序列，稱為結(jié)尾卷積碼。因此，當(dāng)序列發(fā)送完畢后，要在網(wǎng)格圖的終結(jié)處加上（K-1）個(gè)己知的信息作為結(jié)

7、束信息。在結(jié)束信息到來時(shí)，由于每一狀態(tài)中只有與已知發(fā)送信息相符的那條支路被延伸，因而在每級(jí)比較后，幸存路徑減少一半。因此，在接收到（K-1）個(gè)己知信息后，在整個(gè)網(wǎng)格圖中就只有唯一的一條幸存路徑保留下來，這就是譯碼所得的路徑。也就是說，在己知接收到的序列的情況下，這條譯碼路徑和發(fā)送序列是最相似的。3、MATLAB仿真在本次實(shí)驗(yàn)中，主要是利用SIMULINK仿真模塊對(duì)卷積碼的編碼及viterbi譯碼的全過程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，SIMULINK仿真框圖如下：圖1卷積碼的SIMULINK仿真框圖基本設(shè)計(jì)思路是：先由BernoulliBin

8、aryGenerator（貝努利二進(jìn)制序列產(chǎn)生器）產(chǎn)生一個(gè)0，1等概序列，經(jīng)過ConvolutionalEncoder（卷積編碼器）對(duì)輸入的二進(jìn)制序列進(jìn)行卷積編碼，并用BPSK調(diào)制方式調(diào)制信號(hào)。加入信道噪聲（高斯白噪聲）后再經(jīng)過BPSK解調(diào)制后送入ViterbiDecoder（Viterbi譯碼器）進(jìn)行