电子信息工程-毕设设计--基于matlab的信道编码仿真文档格式.doc

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电子信息工程

指导教师：

完成日期：

41

摘要

通信技术的飞速发展，信道编码已经成功地应用于各种通信系统中。

以及各种传输方式对可靠性要求的不断提高，信道编码技术作为抗干扰技术的一种重要的手段，在数字通信技术领域和数字传输系统中显示出越来越重要的作用。

信道编码的目的是为了改善通信系统的传输质量。

由于实际信道存在噪声和干扰，使发送的码字与信道传输后所接收的码字之间存在差异，称这种差异为差错。

一般情况下，信道噪声、干扰越大，码字产生差错的概率也就越大。

本文利用matlab对二进制对称信道（BSC），高斯白噪声信道（AWGN）两种信道的仿真，（7,4）Hamming码对信道的仿真，通过误码率的曲线图来了解信道的编码。

并利用matlab的simulink模块仿真，运用simulink里的卷积码viterbi译码器来对二进制对称信道和高斯白噪声信道的仿真，观察误码率的曲线图来了解2个信道的不同。

关键字：

matlab，信道，编码，译码，Simulink。

Abstract

Withtherapiddevelopmentofcommunicationtechnology,channelcodinghasbeensuccessfullyappliedtovariouscommunicationssystems.Andavarietyoftransmissionofthecontinuousimprovementofreliabilityrequirements,anti-jammingchannelcodingtechnologyasanimportantmeansoftechnologyinthefieldofdigitalcommunicationstechnologyanddigitaltransmissionsystemsinamoreandmoreimportantrole.

Thepurposeofchannelcodingistoimprovethetransmissionqualityofcommunicationssystems.Astheactualexistenceofthechannelnoiseandinterference,thetransmittedcodewordsandchanneltransmissionreceivedafterthedifferencebetweencodewords,saidthisdifferenceiswrong.Undernormalcircumstances,channelnoise,thegreatertheinterference,thecodewordgeneratedthegreatertheprobabilityoferror.

Inthispaper,matlabbinarysymmetricchannel（BSC）,Gaussianwhitenoisechannel（AWGN）twochannelsimulation,（7,4）Hammingcodesimulationofthechannel,throughthebiterrorratecurvetounderstandthechannelcoding.Usingmatlabtosimulinkblocksimulation,usingsimulinkintheviterbidecodertoconvolutionalcodesonthebinarysymmetricchannelandGaussianwhitenoisechannelsimulation,observationerrorrategraphstounderstandthetwodifferentchannels

Keywords:

matlab,channel,coding,decoding,Simulink.

目录

1引言 1

1.1选题的目的和意义 1

1.2本选题的理论依据、研究内容 1

2.信道编码以及其运行环境MATLAB的介绍 2

2.1信道编码的概念及分类 2

2.2信道编码定理及信道编码中所包含的各种码类的简介 2

2.2.1卷积码 2

2.2.2线性分组码 3

2.2.3循环码 3

2.3MATLAB语言的简介 4

2.4Simulink 5

3.信道 5

3.1二进制对称信道（BSC） 5

3.2二进制删除信道（BEC） 6

3.3高斯白噪声信道（AWGN） 6

4.Hamming码 7

4.1汉明码 7

4.2校验方法 7

4.3汉明码编码 9

4.3.1汉明码对高斯白噪声信道 9

4.3.2汉明码对二进制对称信道的仿真 11

5.卷积码 15

5.1卷积码定义与原理 15

5.2维特比译码原理 15

5.3卷积码译码器对高斯白噪声信道的设计与仿真 18

5.3.1卷积码译码器的设计与仿真 19

5.3.2简化维特比译码器的仿真 22

5.3.3卷积码译码器的误码率分析 24

5.4卷积编码器在二进制对称信道（BSC）中的性能 25

6.卷积码译码器对二进制对称信道和高斯白噪声信道仿真比较 30

7.总结 31

致谢 32

参考文献 33

附录1：

34

附录2：

37

附录3：

40

附录4：

41

1引言

1.1选题的目的和意义

数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。

所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。

误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。

提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务。

信道编码的本质是增加通信的可靠性。

但信道编码会使有用的信息数据传输减少，信道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的。

1.2本选题的理论依据、研究内容

在数字通信系统中由于信道内存在加性噪声及信道传输特性不理想等容易造成码间串扰同时多用户干扰、多径传播和功率限制等也导致错误译码。

为了确保系统的误比特率指标通常采用信道编码。

信道编码是为了保证信息传输的可靠性、提高传输质量而设计的一种编码。

它是在信息码中增加一定数量的多余码元，使码字具有一定的抗干扰能力。

提高信息传输的有效性和可靠性始终是通信技术所追求的目标，而信道编码能够显著的提升信息传输的可靠性。

简述信道编码理论，详细说明分组码的编译原理、实现方法及检错纠错能力，用MATLAB仿真信道编码条不同信道下的影响。

学习卷积码的基本原理和编码方法。

学习基本分组码的原理和编码方法。

理解二进制对称信道（BSC），二进制擦除信道（BEC），高斯白噪声信道（AWGN）。

理解码率（coderate）和误码率（biterrorrate）的意义。

利用（7,4）Hamming码对不同信道进行仿真。

自己设计一个卷积码，并利用Viterbi译码二进制对称信道（BSC），高斯白噪声信道（AWGN）2个信道进行仿真，比较结果。

2.信道编码以及其运行环境MATLAB的介绍

2.1信道编码的概念及分类

进行信道编码是为了提高信号传输的可靠性，改善通信系统的传输质量，研究信道编码的目标是寻找具体构造编码的理论与方法。

从原理上，构造信道码的基本思路是根据一定的规律在待发送的信息码元中人为的加入一定的多余码元，以引入最小的多余度为代价来换取最好的抗干扰性能。

信道编码是通过信道编码器和译码器实现的用于提高信道可靠性的理论和方法，是信息论的内容之一。

信道编码大致分为两类：

①信道编码定理，从理论上解决理想编码器、译码器的存在性问题，也就是解决信道能传送的最大信息率的可能性和超过这个最大值时的传输问题。

②构造性的编码方法以及这些方法能达到的性能界限。

编码定理的证明，从离散信道发展到连续信道，从无记忆信道到有记忆信道，从单用户信道到多用户信道，从证明差错概率可接近于零到以指数规律逼近于零，正在不断完善。

编码方法，在离散信道中一般用代数码形式，其类型有较大发展，各种界限也不断有人提出，但尚未达到编码定理所启示的限度。

在连续信道中常采用正交函数系来代表消息，这在极限情况下可达到编码定理的限度，不是所有信道的编码定理都已被证明。

2.2信道编码定理及信道编码中所包含的各种码类的简介

1948年，信息论的奠基人C．E．Shannon在他的开创性论文“通信的数学理论”中，提出了著名的有噪信道编码定理。

他指出：

对任何信道，只要信息传输速率R不大于信道容量C，就一定存在这样的编码方法：

在采用最大似然译码时，其误码率可以任意小。

该定理在理论上给出了对给定信道通过编码所能达到的编码增益的上限，并指出了为达到理论极限应采用的译码方法。

在信道编码定理中，香农提出了实现最佳编码的三个基本条件：

（1）采用随机编译码方式；

（2）编码长度Ｌ→∞，即分组的码组长度无限；

（3）译码采用最佳的最大似然译码算法。

2.2.1卷积码

卷积码（convolutioncode）属于非分组码，它是一种小分组（n，k）多码段相关、纠错能力较强的FEC码。

卷积码不同于（n，k）分组码，它将（n，k）变成很短的分组（n，k），如（2，1）、（3，1）（3，2）卷积码等。

每一个监督元不仅是由本码段（n，k）的k位信码所决定，而且与其前N-1个码段的信码有关，因此称为卷积码。

它适于串行传送，延时较小。

本码段（n，k）以及其前（N-1）段构成的N个分组码段称为约束长度：

其码元数为Nn比特，而N称为约束度。

因此，各码段（n，k）不像（n，k）分组码是一个独立纠错码单元，其差错控制能力由N个码段来决定。

所以通常将卷积码写为（n，k，N），其中N=m+1，m是编码电路的移位寄存器数目。

卷积码分为两种：

（1）基本卷积码:

基本卷积码编码效率为，η＝1/2，编码效率较低，优点是纠错能力强。

（2）收缩卷积码:

如果传输信道质量较好，为提高编码效率，可以采样收缩截短卷积码。

有编码效率为：

η＝1/2、2/3、3/4、5/6、7/8这几种编码效率的收缩卷积码编码效率高，一定带宽内可传输的有效比特率增大，但纠错能力越减弱。

2.2.2线性分组码

简单来说，所谓“分组码”就是指码字的生成只与当前的源数据有关，而与前后的数据无关（相应地，与前后数据相关的码称为卷积码）。

分组码将连续的数据比特流分割为长度固定的组；

各组进一步以m比特为单位分割为符号（Symbol），通常取3比特或者8比特数据组成一个符号。

k个符号一起组成源字（Sourceword），经过编码后变为长度为n的码字（Codeword），称为m比特符号的（n，