卷积码的应用

卷积码的应用
卷积码的应用

卷积码在通信系统中的应用

1.卷积码基本介绍

卷积码是由伊利亚斯(Elias)发明的一种非分组码,它是一种性能优越的信道编码,其编码器和译码器结构相对简单,并且具有较强的纠错能力。卷积码表示为(n,k,L),将k比特的信息段编成n个比特的码组,L为编码约束度,表示一个码组中的监督码元监督着L个信息段。卷积码的k和n通常很小,特别适宜于以串行形式传输信息,延时小。卷积码是一个有限记忆系统,它将信息序列切割成长度为k的一个分组。与一般分组码的不同之处在于:当某一分组进行编码时,不仅根据本时刻的分组,而且根据本时刻之前的L个分组来共同决定输出码字。卷积码通常用2个参数来描述:码率(coderate)和约束长度(constraintlength)。

2.卷积码在通信系统中的应用

2.1.GSM和GPRS系统

GSM是数字蜂窝移动通信系统的简称,它是国际上90年代广泛使用的最先进的通信系统。GPRS是在GSM的基础上产生的,它旨在满足全球移动数据市场的需求和提高GSM数据传送的速率。尽管GPRS采用了基于分组交换传输数据的高效率方式,在空中接口和外部网络间进行分组数据业务传输,并和现有的数据业务进行无缝连接,但是它在信道编码上同GSM一样,仍采用卷积码技术。

在GSM/GPRS系统中还使用了凿孔(Punctured)卷积码。凿孔(Punctured)卷积码的原理是由一个编码效率为1/n的编码器进行编码,然后根据要得到的码率的不同周期性地删除要输入到信道中的编码序列中的某些比特,而在译码过程中,需要在接收到的序列的适当的位置插入伪造的码元后,按照最初的编码效率进行Viterbi译码,这样就以很小的附加复杂度和极小的误码率,获得了编译码的灵活性和可变性。在GSM/GPRS系统中,采用是编码效率为1/2的凿孔(Punctured)卷积码。以(2,1,3)码为例,将编码器输出的码元序列每4个分为一组,然后将每组中的第三个码元删掉,这样就实现了编码效率从1/2到2/3的转换,获得了(3,2,2)码。下图给出了实现这种方法的网格图。在译码过程中,需要在接收到的序列中每隔三个码元插入一个伪造的码元(硬判决时插入0或1均可,在4位软判决时插入0111或1000最佳),然后仍看成是由(2,1,3)码产生的码元序列进行译码。在支路度量计算时,不需要计算伪造码元的支路度量。

图1(2,1,3)卷积码生成(3,2,2)码网格图

在GSM/GPRS中无线信道按其功能可以分为业务信道(TCH或PDTCH)和控制信道(CCH

或PCCH)。信道编译码系统总体框图如图2所示。

图2 GSM/GPRS编译码器框图

GSM/GPRS系统中各信道基本的编译码方式如图2所示,但是不同类型的信道采用不同的编译码方案。依据协议GSM05.03,GSM/GPRS系统的编码方案分别如表1、表2所示。

表格1 GSM编码方案

表格2 GPRS编码方案

2.2.IS-95A系统

CDMA蜂窝系统最早由美国的高通公司成功开发,并且很快由美国电信工业协会于1993年形成标准,即为IS-95标准,这也是最早的CDMA系统的空中接口标准。随着技术的不断发展,在随后几年中,该标准经过不断修改,逐渐形成了IS-96A、IS-95B等一系列标准。为了与第三代采用5MHz带宽的CDMA系统区分,将IS-95CDMA系统称为N-CDMA(窄带CDMA)系统。IS-95A CDMA系统的工频段是800MHz,采用频分双工的模式,采用码片速率为1.2288M 码片/s的PN码进行扩频,系统带宽为1.25MHz。

IS-95A下行链路指由基站发往移动台的无线通信链路,也称作前向链路。IS-95系统下行链路最多可以有64个同时传输的信道,它们是在PN序列上再采用正交的Walsh码进行区分的信道,采用同一个射频载波发射。而来自不同基站的下行链路信号则是通过PN短码的不同相位偏置来区分。IS-95系统下行链路各个信道的处理过程如下图所示,图中详细给出了各个信道的产生过程以及主要的处理参数。

图3IS-95下行链路信道处理

IS-95系统上行链路指由移动台发往基站的无线通信链路,也称作反向链路,上行链路的码分物理信道是由长度为242-1的PN长码构成的,使用长码的不同相位偏置来区分不同的用户。

上行链路的逻辑信道包括:接入信道和上行业务信道。每个移动台或者使用接入信道,或者使用业务信道,但是不能同时发送两个信道。上行链路没有导频信道,因此,基站接收上行链路信号时,只能使用非相干解调。在上行链路上,长码PN A和PN T分别为接入信道和上行业务信道提供码分物理信道。最多可设置的接入信道数n=32,对应的物理信道为PN A1至PN AN;最多可设置的上行业务道数m=64,对应的物理信道为PN T1至PN Tm。

IS-95系统上行链路的接入信道和业务信道的处理过程如下图所示,图中详细给出了其处理过程以及主要的处理参数。

图4IS-95上行链路信道处理

由图可见,对输入的数据依然要进行信道编码(采用编码速率为1/3、约束长度为9的卷积编码)。

卷积码在CDMA/IS-95系统得到广泛应用,在前向和反向信道,系统都使用了约束长度K=9的编码器。其中前向信道编码率r=1/2,连接矢量为G1=(111101011) (753),G2

(101110001)→(561),自由距离为d =12。反向信道编码率为r=1/3,编码器的连接矢量为G1=(101101111)→(557),G2=(110110011)→(663),G3=(111001001)→(711),自由距离d f =18。

2.3.CDMA2000系统

CDMA2000由IS-95移动通信系统的演进而来,它在室内环境中能够达到的最高速率为2Mbit/s,步行环境下能够达到384kbit/s,车载环境下则能达到144kbit/s。IS-2000是采用CDMA2000技术的正式标准总称,它制定了CDMA2000系统中基站和移动台的工作规范。CDMA20001x是CDMA的第一阶段,它与IS-95一样占用1.25MHZ带宽,最高理论传输速率能够达到2Mbit/s,可支持308kbit/s的数据业务。同时,CDMA2000将在核心网络中采用分组交换技术,能够支持移动IP业务。CDMA20001XEV-DV是CDMA的第二阶段,它能够在同一个物理通道上同时实现语音业务和数据业务的传输,在1.25MHZ带宽内实现4.8Mbit/s的数据传输速率,频谱效率高达3.84bit/s/Hz。CDMA2000大大增强了系统的性能和容量,这是得益于如下一些关键技术:反向快速功率控制,CDMA2000在采用反向功率控制技术的同时还使用了前向功率控制技术.即移动台测量收到前向业务信道的信噪而前向快速寻呼信道,前向链路发射分集技术,反向相干解调,灵活的信道编码技术,灵活的帧长,增强的媒体接入控制功能。

CDMA2000系统设计了3中类型的卷积编码器,它们的约束长度都等于9,码率分别等于1/4,1/3和1/2。下图所示是码率为1/4卷积编码器的结构框图。

图5 1/4码率的卷积编码器

1/4码率的卷积编码器产生的输出序列的长度是输入信号序列的4倍,它有四个生成多项式分别为:g0(x)=x8+x7+x6+x5+x4+x2+1,g1(x)=x8+x7+x5+x3+x3+1,g2(x)=x8+x6+x3+x+1,g3(x)=x8+x5+x4+x3+x+1,他们分别对应于八进制数:765,671,513和473。

图6 1/3码率的卷积编码器

图6所示1/3码率的卷积编码器,它产生的输出序列的长度是输入信号序列的3倍,并且这3个多项式为:g0(x)=x8+x6+x5+x3+x2+x+1,g1(x)=x8+x7+x5+x4+x+1,g2(x)=x8+x7+x6+x3+1,它们分别对应于八进制数:557,663和711。

图7 1/2码率的卷积编码器

图7所示1/2码率的卷积编码,它只有两个生成多项式,这两个生成多项式是g0(x)=x8+x7+x6+x5+x3+x+1,g1(x)=x8+x6+x5+x4+1,则用八进制表示为:753和561。

从以上分析可以发现:(1)业务通道的数据帧具有多样的帧长,数据帧长有16bit,40bit,80bit,172bit,360bit,744bit,1512bit,3048bit,6120bit。(2)业务通道的数据具有多样传输速率,数据传输速率有1.5kbp/s,2.7kbp/s,4.8kbp/s,9.6kbp/s,19.2kbp/s,38.4kbp/s,76.8kbp/s,153.6kbp/s,307.2kbp/s。(3)业务信道适用的卷积编译码器具有相同的约束长度(L=9),具有不同编码效率,编码效率分别为1/2,1/3,1/4。

2.4.WCDMA系统

WCDMA系统中的卷积编码的编码速率为1/2或1/3,约束长度L为9,结构如图8所示。编码寄存器的初始值为全0。编码前,将k-1个尾比特(0)加到码块的尾巴。

图8 WCDMA系统中的卷积编码器的结构

约束长度越长编码复杂度越大,获得的编码增益也越大。但约束长度超过9时,复杂度增加得很大,但是编码增益却增加得很慢。所以约束长度取为90。

WCDMA系统中卷积编码的实现过程分为初始化、计算分支度量、度量更新和反向跟踪(即回溯)几个部分。对于Viterbi译码的初始化,因为系统中卷积编码总是从零状态开始的,所以要给状态零赋予合适的初始度量值,以保证译码从零状态开始并防止溢出。计算分支度量时,由网格图单元的对称性,可减少一半的计算量。度量更新是通过比较累加度量值,依次进行状态度量更新的过程。这种更新实际上是一个加比选(ACS)的过程,即先计算出汇入某状态的2条分支的分支度量,在此基础上,将2个分支度量分别与其前面的状态度量相加,比较2个相加的结果,选择较大者存储起来作为该状态新的度量值。在每个符号时间间隔内,通过ACS更改2K-1个状态的度量值,并保存每个状态相应的转移比特。而回溯过程就是通过这些转移比特构成的转移表,反向追踪最大似然路径,完成原始数据的译码。

3.总结

主要介绍了卷积码的基础知识以及在现代通信领域的应用。结果表明在同样的码率和设备的复杂性条件下无论理论上还是实践上都证明卷积码的性能优于分组码。随着纠错编码理论研究的不断深入卷积码的实际应用越来越广泛。卷积码在信息通信里的举足轻重的作用 所以学好卷积码的知识是我们新一代青年尤其是信号处理方面的学生学习的重点之一。

移动通信实验线性分组码卷积码实验

实验二抗衰落技术实验(4学时) 1.线性分组码实验 2.卷积码实验 姓名: 学号: 班级: 日期: 成绩:

1、线性分组码实验 一、实验目的 了解线性分组码在通信系统中的意义。 掌握汉明码编译码及其检错纠错原理,理解编码码距的意义。二、实验模块 主控单元模块 2号数据终端模块 4号信道编码模块 5号信道译码模块 示波器 三、实验原理

汉明码编译码实验框图 2、实验框图说明 汉明码编码过程:数字终端的信号经过串并变换后,数据进行了分组,分组后的数据再经过汉明码编码,数据由4bit变为7bit。 注:为方便对编码前后的数据进行对比观测,本实验中加入了帧头指示信号。帧头指示信号仅用于线性分组码编码时将输入信号的比特流进行分组,其上跳沿指示了分组的起始位置。 四、实验步骤 (注:实验过程中,凡是涉及到测试连线改变或者模块及仪器仪表的更换时,都需先停止运行仿真,待连线调整完后,再开启仿真进行后续调节测试。) 任务一汉明码编码规则验证 概述:本项目通过改变输入数字信号的码型,观测延时输出,编码输出及译码输出,验证汉明码编译码规则。 1、登录e-Labsim仿真系统,创建实验文件,选择实验所需模块和示波器。 2、按表格所示进行连线。 3、调用示波器观测2号模块的DoutMUX和4号模块的编码输出TH4编码数据,

6、此时系统初始状态为:2号模块提供32K编码输入数据,4号模块进行汉明码编码,无差错插入模式,5号模块进行汉明码译码。 7、实验操作及波形观测。 0000 0001 0010

0100 0101

0111 1000

卷积码 - 副本

卷积码的维特比译码的性能 专业年级:07级通信工程3班 学号:0706020306 指导教师:李岳衡 姓名: 陈慧 2011-06 中国南京

摘要 本文基于信道编码的基本理论,重点讨论了卷积码的基本概念,对于卷积码的编码的基本理论和技术也进行了详细的阐述。本文的重点是卷积码的viterbi 译码算法的研究。 关键词:卷积码viterbi算法软硬判决误比特率

Abstract This paper discusses the basic theory of channel coding, and two ways of channel coding are expounded. Mainly discusses the basic concept of convolution code for convolution code, the basic theory and technology coding and in detail. This paper focuses on the soft and hard verdict is convolution code viterbi decoding algori Keywords:convolutional channel code vietrbi algorithm soft-decision and hard-decision the error rate

viterbi译码的性能 为了定量的估计卷积码的性能,需要计算出卷积码的错误概率,这种计算比较困难,所以一般只给出卷积码译码错误概率的上限。卷积码的性能由编码方法决定,而实际能否达到该性能还与译码方法有关。在等概的情况下,viterbi算法是最佳的译码方法,所以本节讨论viterbi的软硬判决下卷积码的性能。 估计卷积码性能的方法一般有如下几种: 10可以采用这种方法,但是当误码率比 ①计算机模拟。如果误码率大于6- 较小的时候,计算机计算时间过长,导致无法计算。 ②近似公式计算。 ③估算性能的渐近线公式。如果信噪比越大,则实际的性能离渐近线越近,误差就比较小。 (一)性能影响因素 卷积码的性能受到很多因素的影响,如卷积码的编码中的码率,约束长度,还要受到译码中回溯长度的影响。 1)码率对误码性能的影响 卷积码的码率R=k/n,是卷积码的一个重要参数,当卷积码的码率改变时,系统的误码性能也将随之发生变化。在码率一定的条件下,随着信道噪声的逐渐减小,系统的误比特率也逐渐减小;在信道噪声一定的情况下,改变系统码率时,随着卷积码码率的逐渐提高,系统的误比特率也呈现出增大的趋势,也就是说码率越低,系统的误比特率就越小,误码性能就越好。然而,信道带宽和译码器的复杂性也将相应地增加。对于二进制对称信道,当采用BPSK 调制方式时,通常选取的码率为1/2。 2)约束长度对误码性能的影响 对于码率一定的卷积码,当约束长度N 发生变化时,系统的误码性能也

卷积码的编解码Matlab仿真

卷积码的编解码Matlab仿真摘要 卷积码是一种性能优越的信道编码。它的编码器和译码器都比较容易实现,同时它具有较强的纠错能力D随着纠错编码理论研究的不断深入,卷积码的实际应用越来越广泛。本文简明地介绍了卷积码的编码原理和译码原理o并在SIMULINK模块设计中,完成了对卷积码的编码和译码以及误比特统计整个过程的模块仿真。最后,通过在仿真过程中分别改变卷积码的重要参数来加深理解卷积码的这些参数对卷积码的误码性能的影响。经过仿真和实测,并对测试结果作了分析。得出了以下三个结论z (1)当改变卷积码的码率时,系统的误码性能也将随之发生变化。 (2)对于码率一定的卷积码,当约束长度N发生变化时,系统的误码性能也会随之发生变化。 (3)回溯长度也会不同程度上地影响误码性能。 关键词:卷积码:码率:约束长度:回溯长度

Simulation and Research on Encoding and Decoding of Convolution Code Abstract Convolution code has a superior performance of the channel code. It is easy to coding and decoding.An d it has a strong ability to correct e盯ors. As correcting coding theory has a long development,the practice of convolution code is more and more extensive.In由1S由esis,the principle of convolution coding and decoding is introduced simply白rstly. Then由e whole simulation module process of encoding,decoding and the Error Rate Calculation is completed in由is design. Finally,in order to understand 由eir performances of error rate,many changes in parameters of convolution code are calculated in the simulation process.Af ter simulation and me皿UTe,an analysis of test results is presented.Th e following由ree conclusions are draw: (l)Wh en the rate of convolution Code ch皿ges,HER performance of the systemwill change. (2) For a certain rate of convolution code,when由ere is a change in the constraint length of N,BER perfonnance of由e system will change. (3) Re位ospec咀ve length will affect BE R. Key words: convolution code; rate; cons缸aint leng由; retrospective length;

实验九 (2,1,5)卷积码编码译码技术

实验九 (2,1,5)卷积码编码译码技术 一、实验目的 1、掌握(2,1,5)卷积码编码译码技术 2、了解纠错编码原理。 二、实验内容 1、(2,1,5)卷积码编码。 2、(2,1,5)卷积码译码。 三、预备知识 1、纠错编码原理。 2、(2,1,5)卷积码的工作原理。 四、实验原理 卷积码是将发送的信息序列通过一个线性的,有限状态的移位寄存器而产生的编码。通常卷积码的编码器由K级(每级K比特)的移位寄存器和n个线性代数函数发生器(这里是模2加法器)组成。 若以(n,k,m)来描述卷积码,其中k为每次输入到卷积编码器的bit数,n 为每个k元组码字对应的卷积码输出n元组码字,m为编码存储度,也就是卷积编码器的k元组的级数,称m+1= K为编码约束度m称为约束长度。卷积码将k 元组输入码元编成n元组输出码元,但k和n通常很小,特别适合以串行形式进行传输,时延小。与分组码不同,卷积码编码生成的n元组元不仅与当前输入的k元组有关,还与前面m-1个输入的k元组有关,编码过程中互相关联的码元个数为n*m。卷积码的纠错性能随m的增加而增大,而差错率随N的增加而指数下降。在编码器复杂性相同的情况下,卷积码的性能优于分组码。 编码器 随着信息序列不断输入,编码器就不断从一个状态转移到另一个状态并同时输出相应的码序列,所以图3所示状态图可以简单直观的描述编码器的编码过程。因此通过状态图很容易给出输入信息序列的编码结果,假定输入序列为110100,首先从零状态开始即图示a状态,由于输入信息为“1”,所以下一状态为b并输出“11”,继续输入信息“1”,由图知下一状态为d、输出“01”……其它输入信息依次类推,按照状态转移路径a->b->d->c->b->c->a输出其对应的编码结果“110101001011”。 译码方法 ⒈代数 代数译码是将卷积码的一个编码约束长度的码段看作是[n0(m+1),k0(m+1)]线性分组码,每次根据(m+1)分支长接收数字,对相应的最早的那个分支上的信息数字进行估计,然后向前推进一个分支。上例中信息序列 =(10111),相应的码序列 c=(11100001100111)。若接收序列R=(10100001110111),先根据R 的前三个分支(101000)和码树中前三个分支长的所有可能的 8条路径(000000…)、(000011…)、(001110…)、(001101…)、(111011…)、(111000…)、(110101…)和(110110…)进行比较,可知(111001)与接收

卷积信号实验报告

信号与系统上机实验报告一连续时间系统卷积的数值计算 140224 班张鑫学号 14071002 一、实验原理 计算两个函数的卷积 卷积积分的数值运算实际上可以用信号的分段求和来实现,即: 如果我们只求当 t = n? t1 是r ( t )的值,则由上式可以得到: ?t足够小时,r(t2)就是e(t)和f(t)卷积积分的数值近似值由上面的公式可 当1 以得到卷积数值计算的方法如下: (1)将信号取值离散化,即以为周期,对信号取值,得到一系列宽度间隔为 的矩形脉冲原信号的离散取值点,用所得离散取值点矩形脉冲来表示原来的连续时间信号; (2)将进行卷积的两个信号序列之一反转,与另一信号相乘,并求积分,所得为t=0时的卷积积分的值。以为单位左右移动反转的信号,与另一信号相乘求积 分,求的t<0和t>0时卷积积分的值; (3)将所得卷积积分值与对应的t标在图上,连成一条光滑的曲线,即为所求卷积积分的曲线。 1

信号与系统上机实验报告一二、处理流程图 三、C程序代码 #include"stdafx.h" #include"stdio.h" //#include "stdilb.h" float u(float t) { while (t>= 0) return(1); while (t<0) return(0); } float f1(float t) { return(u(t+2)-u(t-2)); } float f2(float t) { return(t*(u(t)-u(t-2))+(4-t)*(u(t-2)-u(t-4))); } int_tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) {

卷积码的编码及解码Viterbi解码Word版

卷积码的编码及解码(Viterbi 解码) 一、实验目的 1、了解卷积码的基本原理; 2、掌握卷积码编码的电路设计方法; 2、掌握卷积码 Viterbi 译码的基本方法和电路设计方法。 二、实验仪器 1、移动通信实验箱一台; 2、台式计算机一台; 三、实验原理 1.卷积码编码原理 卷积码是一个有限记忆系统,它也将信息序列切割成长度 k的一个个分组,与分组码不 同的是在某一分组编码时,不仅参看本时刻的分组而且参看本时刻以前的 L 个分组。我们把 L+1 称为约束长度。 2.卷积码的译码算法(硬判决 Viterbi 译码) Viterbi译码算法是一种最大似然算法,它不是在网络图上依次比较所有可能的路径, 而是接收一段,计算,比较一段,保留最有可能的路径,从而达到整个码序列是一个最大似然序列。Viterbi解码算法的基本步骤如下: 1、从某一时间单位j=m开始,对进入每一状态的所有长为j段分支的部分路径,计算部分路径度量。对每一状态,挑选并存储一条有最大度量的部分路径及 其部分度量,称此部分路径为留选(幸存)路径。 2、j增加1,把此时刻进入每一状态的所有分支度量,和同这些分支相连的前一时刻的留选路径的度量相加,得到了此时刻进入每一状态的留选路径,加以存储并删去其他所有的路径。因此留选路径延长了一个分支。 3、若j

卷积编码实验报告

实验名称:___ 卷积编码_______ 1、使用MATLAB进行卷积编码的代码编写、运行、仿真等操作; 2、熟练掌握MATLAB软件语句; 3、理解并掌握卷积编码的原理知识。 二、实验原理 卷积码是由Elias于1955 年提出的,是一种非分组码,通常它更适用于前向纠错法,因为其性能对于许多实际情况常优于分组码,而且设备较简单。 卷积码的结构与分组码的结构有很大的不同。具体地说,卷积码并不是将信息序列分成不同的分组后进行编码,而是将连续的信息比特序列映射为连续的编码器输出符号。卷积码在编码过程中,将一个码组中r 个监督码与信息码元的相关性从本码组扩展到以前若干段时刻的码组,在译码时不仅从此时刻收到的码组中提取译码信息,而且还可从与监督码相关的各码组中提取有用的译码信息。这种映射是高度结构化的,使得卷积码的译码方法与分组译码所采用的方法完全不同。可以验证的是在同样复杂度情况下,卷积码的编码增益要大于分组码的编码增益。对于某个

特定的应用,采用分组码还是卷积码哪一种更好则取决于这一应用的具体情况和进行比较时可用的技术。 (一)卷积编码的图形表示 卷积码的编码器是由一个有k 个输人位,n 个输出位,且有m 个移位寄存器构成的有限状态的有记忆系统,其原理如图1所示。 图1 卷积码编码器的原理图 描述这类时序网络的方法很多,它大致可分为两大类型:解析表示法与图形表示法。在解析法中又可分为离散卷积法、生成矩阵法、码多项式法等;在图形表示法中也可分为状态图法、树图法和网络图法等。 图2给出的是一个生成编码速率为1/2 卷积码的移位寄存器电路。输人比特在时钟触发下从左边移人到电路中,每输入一位,分别去两个模2加法器的输出值并复用就得到编码器的输出。对这一编码,每输入一比特就产生两个输出符号,故编码效率为

Quartus实验三,212卷积码和计数器

课程名称通信系统集成电路设计 实验名称Quartus II实验三 专业班级 姓名 学号 日期 ______ 2012.1.2 __________

实验三: 212卷积码,十进制计数器 1. 实验目的 a) 掌握在FPGA 上实现212卷积码编码器的方法; b) 用原理图的方法实现十进制加法计数器。 2. 实验环境 a) Quartus II 9.1 (32-Bit) b) ModelSim-Altera 6.5a (Quartus II 9.1) c) WinXP 操作系统 3. 实验要求 1) 212卷积码编码器 编写生成212卷积码编码器的程序,仿真后观察波形。 2) 十进制加法同步计数器 首先用VHDL 语言描述十进制加法计数器,然后画出它的原理图。 3) 思考题 16进制的计数器与PN4的电路图有什么区别。 4. 实验内容 1)212卷积码 卷积码编码器对输入的数据流每次1bit 或k bit 进行编码,输出n bit 编码符号。但是输出的分支码字的每个码元不仅与此时可输入的k 个bit 有关,也与前m 个连续式可输入的信息有关,因此编码器应包含m 级寄存器以记录这些信息。 通常卷积码表示为 (n,k,m). 编码率 k r n = 当k=1时,卷积码编码器的结构包括一个由m 个串接的寄存器构成的移位寄存器(成为m 级移位寄存器、n 个连接到指定寄存器的模二加法器以及把模二加法器的输出转化为穿行的转换开关。 本报告所讲的(2,1,2)卷积码是最简单的卷积码。就是2n =,1k =,m=2的卷积码。每次输入1 bit 输入信息,经过2级移位寄存器,2个连接到指定寄存器的模二加法器,并把加法器输出转化为串行输出。

MATLAB实现卷积码编译码-

本科生毕业论文(设计) 题目:MATLAB实现卷积码编译码 专业代码: 作者姓名: 学号: 单位: 指导教师: 年月日

目录 前言----------------------------------------------------- 1 1. 纠错码基本理论---------------------------------------- 2 1.1纠错码基本理论 ----------------------------------------------- 2 1.1.1纠错码概念 ------------------------------------------------- 2 1.1.2基本原理和性能参数 ----------------------------------------- 2 1.2几种常用的纠错码 --------------------------------------------- 6 2. 卷积码的基本理论-------------------------------------- 8 2.1卷积码介绍 --------------------------------------------------- 8 2.1.1卷积码的差错控制原理----------------------------------- 8 2.2卷积码编码原理 ---------------------------------------------- 10 2.2.1卷积码解析表示法-------------------------------------- 10 2.2.2卷积码图形表示法-------------------------------------- 11 2.3卷积码译码原理---------------------------------------------- 15 2.3.1卷积码三种译码方式------------------------------------ 15 2.3.2V ITERBI译码原理---------------------------------------- 16 3. 卷积码编译码及MATLAB仿真---------------------------- 18 3.1M ATLAB概述-------------------------------------------------- 18 3.1.1M ATLAB的特点------------------------------------------ 19 3.1.2M ATLAB工具箱和内容------------------------------------ 19 3.2卷积码编码及仿真 -------------------------------------------- 20 3.2.1编码程序 ---------------------------------------------- 20 3.3信道传输过程仿真-------------------------------------------- 21 3.4维特比译码程序及仿真 ---------------------------------------- 22 3.4.1维特比译码算法解析------------------------------------ 23 3.4.2V ITERBI译码程序--------------------------------------- 25 3.4.3 VITERBI译码MATLAB仿真----------------------------------- 28 3.4.4信噪比对卷积码译码性能的影响 -------------------------- 28

卷积码实验报告

苏州科技大学天平学院电子与信息工程学院 信道编码课程设计报告 课设名称卷积码编译及译码仿真 学生姓名圣鑫 学号1430119232 同组人周妍智 专业班级通信1422 指导教师潘欣欲 一、实验名称 基于MAATLAB的卷积码编码及译码仿真 二、实验目的 卷积码就是一种性能优越的信道编码。它的编码器与译码器都比较容易实现,同时它具有较强的纠错能力。随着纠错编码理论研究的不断深入,卷积码的实际应用越来越广泛。本实验简明地介绍了卷积码的编码原理与Viterbi译码原理。并在SIMULINK模块设计中,完成了对卷积码的编码与译码以及误比特统计整个过程的模块仿真。最后,通过在仿真过程中分别改变卷积码的重要参数来加深理解卷积码的这些参数对卷积码的误码性能的影响。经过仿真与实测,并对测试结果作了分析。 三、实验原理

1、卷积码编码原理 卷积码就是一种性能优越的信道编码,它的编码器与解码器都比较易于实现,同时还具有较强的纠错能力,这使得它的使用越来越广泛。卷积码一般表示为(n,k,K)的形式,即将 k个信息比特编码为 n 个比特的码组,K 为编码约束长度,说明编码过程中相互约束的码段个数。卷积码编码后的 n 各码元不经与当前组的 k 个信息比特有关,还与前 K-1 个输入组的信息比特有关。编码过程中相互关联的码元有 K*n 个。R=k/n 就是编码效率。编码效率与约束长度就是衡量卷积码的两个重要参数。典型的卷积码一般选 n,k 较小,K 值可取较大(>10),但以获得简单而高性能的卷积码。 卷积码的编码描述方式有很多种:冲激响应描述法、生成矩阵描述法、多项式乘积描述法、状态图描述,树图描述,网格图描述等。 2、卷积码Viterbi译码原理 卷积码概率译码的基本思路就是:以接收码流为基础,逐个计算它与其她所 有可能出现的、连续的网格图路径的距离,选出其中可能性最大的一条作为译码估值输出。概率最大在大多数场合可解释为距离最小,这种最小距离译码体现的正就是最大似然的准则。卷积码的最大似然译码与分组码的最大似然译码在原理上就是一样的,但实现方法上略有不同。主要区别在于:分组码就是孤立地求解单个码组的相似度,而卷积码就是求码字序列之间的相似度。基于网格图搜索的译码就是实现最大似然判决的重要方法与途径。用格图描述时,由于路径的汇聚消除了树状图中的多余度,译码过程中只需考虑整个路径集合中那些使似然函数最大的路径。如果在某一点上发现某条路径已不可能获得最大对数似然函数,就放弃这条路径,然后在剩下的“幸存”路径中重新选择路径。这样一直进行到最后第 L 级(L 为发送序列的长度)。由于这种方法较早地丢弃了那些不可能的路径,从而减轻了译码的工作量,Viterbi 译码正就是基于这种想法。对于(n, k, K )卷积码,其网格图中共 2kL 种状态。由网格图的前 K-1 条连续支路构成的路径互不相交,即最初 2k_1 条路径各不相同,当接收到第 K 条支路时,每条路径都有 2 条支路延伸到第 K 级上,而第 K 级上的每两条支路又都汇聚在一个节点上。在Viterbi译码算法中,把汇聚在每个节点上的两条路径的对数似然函数累加

卷积码

目录 目录 (1) 摘要 (2) Abstract (3) 一、引言 (4) 1.1设计任务及要求 (4) 1.2设计仪器设备 (4) 1.3 设计目的 (4) 二、基本概念 (5) 2.1 纠错编码 (5) 2.2 卷积码的基本概念 (5) 2.3 卷积码编码的概述 (5) 2.4卷积码译码的概述 (5) 三、卷积码的编译码原理 (6) 3.1卷积码的图形描述 (6) 3.1.1 树状图 (7) 3.1.2 网格图 (8) 3.1.3 状态图 (8) 3.2 卷积积码的编码算法 (9) 3.3卷积码的Viterbi译码 (10) 四、卷积码的仿真及性能分析 (12) 4.1 SIMULINK仿真模块 (12) 4.2 卷积码的参数对误码率的影响 (13) 4.2.1 码率对误码性能的影响 (13) 4.2.2 约束长度对误码性能的影响 (14) 4.2.3 回溯长度对卷积码性能的影响 (16) 4.3 仿真分析 (18) 总结 (19) 参考文献: (20)

摘要 随着现代通信的发展,高速信息传输和高可靠性传输成为信息传输的两个主要方面,而可靠性尤其重要。卷积码以其高速性和可靠性在实际应用中越来越广泛。本文简明地介绍了卷积码的编码原理和译码原理。在MATLAB中的SIMULINK模块中设计卷积码的编码和译码的整个模块,调用该模块完成对误码率统计仿真。最后,通过在仿真过程中分别改变卷积码的重要参数来加深理解卷积码的这些参数对卷积码的误码性能的影响。经过仿真和实测,并对测试结果作了分析。得出了以下三个结论:(1)当改变卷积码的码率时,系统的误码性能也将随之发生变化。 (2)对于码率一定的卷积码,当约束长度N 发生变化时,系统的误码性能也会随之发生变化。 (3)回溯长度也会不同程度上地影响误码性能。 同时整个设计通过MATLAB仿真满足设计要求。 关键词:卷积码;误码性能;约束长度;MATLAB;回溯长度

信 卷积实验报告

信号与系统实验报告学院:电子信息与电气工程学院 班级: 13级电信<1>班 学号: 20131060104 姓名:李重阳

实验三 信号卷积实验 一、实验目的 1、理解卷积的概念及物理意义; 2、通过实验的方法加深对卷积运算的图解方法及结果的理解。 二、实验原理说明 卷积积分的物理意义是将信号分解为冲激信号之和,借助系统的冲激响应,求解系统对任意激励信号的零状态响应。设系统的激励信号为x (t ),冲激响应为h (t ),则系统的零状态响应为()()()*y t x t h t ==()()x t h t d ττ∞-∞-?。 1、两个矩形脉冲信号的卷积过程 两信号x (t )与h (t )都为矩形脉冲信号,如图3-1所示。下面由图解的方法(图3-1)给出两个信号的卷积过程和结果,以便与实验结果进行比较。 图3-1 两矩形脉冲的卷积积分的运算过程与结果 2、矩形脉冲信号与锯齿波信号的卷积 信号f1(t )为矩形脉冲信号, f2(t )为锯齿波信号,如图3-2所示。根据卷积积分的运算方法得到f1(t )和f2(t )的卷积积分结果f (t ),如图3-2(c )所示。 图3-2 矩形脉冲信号与锯齿脉冲信号的卷积积分的结果 3、本实验进行的卷积运算的实现方法 在本实验装置中采用了DSP 数字信号处理芯片,因此在处理模拟信号的卷积积分运算时,是先通过A/D 转换器把模拟信号转换为数字信号,利用所编写的相应程序控制DSP 芯片实现数字信号的卷积运算,再把运算结果通过D/A 转换为模拟信号输出。结果与模拟信号的直接运算结果是一致的。数字信号处理系统逐步和完全取代模拟信号处理系统是科学技术发展的必然趋势。图3-3为信号卷积的流程图。 图3-3 信号卷积的流程图 三、实验内容 1、检测矩形脉冲信号的自卷积结果。 用双踪示波器同时观察输入信号和卷积后的输出信号,把输入信号的幅度峰峰值调节为4V ,再调节输入信号的频率或占空比使输入信号的时间宽度满足表中的要求,观察输出信号有何变化,判断卷积的结果是否正确,并记录表3-1。 实验步骤如下: ①将函数发生器的SW702置于“方波”上。 ②连接函数发生器H701与数字滤波器的PB01,在TPB01上可观察到输入波形。将示波器接在TPB01上观测输入波形,并调节函数发生器模块上的频率旋钮与幅度旋钮,使信号频率为1KHz ,幅度为4V 。(注意:输入波形的频率幅度要在H701与PB01连接后,在TPB01上测试。) ③将红色拨动开关SWB01调整为“0001”。 ④按下复位键S1。 ⑤将示波器的CH1接于TP901;CH2接于TP903。可分别观察到输入信号的波形与卷积后的输出信号的波形。 表3-1 输入信号卷积后的输出信号

14卷积码编解码

实验四 卷积码的编解码 一、实验目的 1、掌握卷积码的编解码原理。 2、掌握卷积码的软件仿真方法。 3、掌握卷积码的硬件仿真方法。 4、掌握卷积码的硬件设计方法。 二、预习要求 1、掌握卷积码的编解码原理和方法。 2、熟悉matlab 的应用和仿真方法。 3、熟悉Quatus 的应用和FPGA 的开发方法。 三、实验原理 1、卷积码编码原理 在编码器复杂度相同的情况下,卷积码的性能优于分组码,因此卷积码几乎被应用在所有无线通信的标准之中,如GSM , IS95和CDMA 2000 的标准中。 卷积码通常记作( n0 , k0 , m) ,它将k 0 个信息比特编为n 0 个比特, 其编码效率为k0/ n0 , m 为约束长度。( n0 , k0 , m ) 卷积码可用k0 个输入、n0 个输出、输入存储为m 的线性有限状态移位寄存器及模2 加法计数器来实现。 本实验以(2,1,3)卷积码为例加以说明。图1就是卷积码编码器的结构。 图1 (2,1,3)卷积码编码器 其生成多项式为: 21()1G D D D =++; 2 2()1G D D =+; 如图1 所示的(2,1,3)卷积码编码器中,输入移位寄存器用转换开关代替,每输入一个信息比特经编码产生二个输出比特。假设移位寄存器的初始状态为全0,当第一个输入比特为0时,输出比特为00;若输入比特为1,则输出比特为11。随着第二个比特输入,第一个比特右移一位,此时输出比特同时受到当前输入比特和前一个输入比特的影响。第三个比特输入时,第一、二个比特分别右移一位,同时输出二个由这三位移位寄存器存储内容所共同决定的比特。依次下去就完成了编码过程。 下面是卷积码的网格图表示。他是比较清楚而又紧凑的描述卷积码的一种方式,它是最常用的描述方

MATLAB实验报告卷积

实验报告 学院:机电班级:姓名:学号: 实验名称:连续时间信号卷积运算的MATLAB实现 1.实验目的:掌握卷积的概念及计算方法 2.熟悉通过调用conv()函数求解连续时间信号卷积的数值分析 法 实验环境:MATLAB 6.5.1软件 实验要求: 1、已知信号f1(t)=t/2*[ε(t)- ε(t-2)], f2(t)= [ε (t)- ε(t-1)],通过调用conv()函数编程实现卷积计算y(t)= f1(t)* f2(t),画出波形。 2、已知信号f(t)=e-t *ε(t), h(t)= t2 *e-2t *ε(t),y(t)= f(t)* h(t) (1)用符号分析法编程实现计算y(t)的理论解; (2)过调用conv()函数编程实现卷积计算y(t)的数值解并画图 实验程序及结果: 第一题: M文件 (1) function f=uCT(t) f=(t>=0); 主程序:

k1=0:p:2; k2=0:p:1; f1=k1/2.*[uCT(k1)-uCT(k1-2)]; f2=uCT(k2)-uCT(k2-1); y=conv(f1,f2)*p; k0=k1(1)+k2(1); k3=length(f1)+length(f2)-2; k=k0:p:k3*p+k0; subplot(311) plot(k1,f1); xlabel('t') ylabel('f1(t)') axis([-0.5 2.5 -0.5 1.5]) grid on subplot(312); plot(k2,f2) grid on axis([-0.5 2.5 -0.5 1.5]) xlabel('t') ylabel('f2(t)') subplot(313)

无线通信技术实验一卷积码

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仿真中的信号处理模块、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.搭建有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,时延小。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N-1段信息有关,编码过程中互相关联的码元个数为nN。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有关,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来数据,通过Number Sink考察加噪声后误比特率怎么样,对性能有什么提高,并且划出BER图形。下面为卷积码的一般流程: 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。 (一)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,来进行单机实验,最终设计的流程图和参数如下图所示: 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)卷积码在电脑中的位置,再将路径设置到这个模块相应的位置中。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。

北邮ASIC实验报告 (3,1,8)卷积码编码器

北京邮电大学 ASIC原理课程实验 实验报告 设计要求:(3,1,8)卷积码编码器 学院:电子工程学院 专业:电子信息科学与技术 班级: 学号: 姓名: 2013年6月20日

一、设计要求 运用verilog语言编写一个(3,1,8)卷积码编码器,并对其进行仿真。 二、卷积码编码器原理 卷积码拥有良好的纠错性能,是一种被广泛应用于移动通信的信道编码系统。一个(n,k,m)卷积码编码器由k个输入,具有m阶存储的n个输出的线形时序电路实现。通常,n和k是较小的整数,且k<n,但m比较大。当k=1时,信息序列不再分成小块,以便可以连续处理。卷积码(n,k,m)表示码率R=k/n,编码器级数m=s-1,其中s是码约束长度。 反向CDMA信道使用(3,1,8)卷积码,码率R=1/3,约束长度为9,由于k=1,n=3,m=8,则该卷积编码器包含单个输入端,一个8级移位寄存器,三个模2加法器和一个3向编码器输出的连续转向器。编码器每输入一位信息比特将产生三位编码输出。这些编码符号中,第一个输出符号G0是生成序列g1⑴编码产生的符号,第二个输出符号G1是由生成序列g1⑵编码产生的符号,最后一个输出符号G2是由生成序列g1⑶编码产生的符号,如下图所示。 该电路由一个八位寄存器、三个码生成逻辑、一个时隙发生器和一个四选一复用器构成。mux的输入为G0、G1和G2,码选择信号C[1:0]和clk1由时隙发生器产生,输出信号即为整个电路的输出Yout。 卷积编码器的初始状态用rst异步清零信号置为0,rst=0时,电路清零。 卷积编码器的初始状态全为0,初始状态之后输出的第一个编码符号由生成序列g1⑴编码产生。这里,三个生成序列分别为g1⑴=(101101111),g1⑵=(110110011), g1⑶=(111001001)。

34卷积码编码原理分析与建模仿真

3/4卷积码编码原理分析与建模仿真 一、摘要 卷积码是一种性能优越的信道编码。它的编码器和译码器都比较容易实现,同时它具有较强的纠错能力。随着纠错编码理论研究的不断深入,卷积码的实际应用越来越广泛。本文简明地介绍了卷积码的编码原理和Viterbi译码原理。并在SIMULINK模块设计中,完成了对卷积码的编码和译码以及误比特统计整个过程的模块仿真。最后,通过在仿真过程中分析了卷积码误比特率与信噪比之间的关系,及卷积码与非卷积码的对比。经过仿真和实测,并对测试结果作了分析。 关键词:卷积码编码建模 SIMULINK仿真

目录 一、摘要 ................................................................................................................................................................. - 1 - 二、设计目的和意义 ............................................................................................................................................. - 2 - 三、设计原理 ......................................................................................................................................................... - 3 - 3.1 卷积码基本概念 ...................................................................................................................................... - 3 - 3.2 卷积码的结构 .......................................................................................................................................... - 3 - 3.3 卷积码的解析表示 .................................................................................................................................. - 4 - 3.4 卷积码的译码 .......................................................................................................................................... - 4 - 3.4.1 卷积码译码的方式........................................................................................................................ - 4 - 3.5.2 卷积码的Viterbi译码 .................................................................................................................. - 5 - 四、详细设计步骤 ................................................................................................................................................. - 6 - 4.1 卷积码的仿真 .......................................................................................................................................... - 6 - 4.1.1 SIMULINK仿真模块的参数设置及意义 ................................................................................. - 6 - 五、设计结果及分析 ........................................................................................................................................... - 11 - 5.1不同信噪比对卷积码的影响.................................................................................................................. - 11 - 5.2卷积码的对比 ........................................................................................................................................ - 12 - 六、总结 ............................................................................................................................................................... - 14 - 七、体会 ............................................................................................................................................................... - 14 - 八、参考文献 ....................................................................................................................................................... - 14 - 二、设计目的和意义 因为信道中信号不可避免会受到干扰而出错。为实现可靠性通信,主要有两种途径:一种

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