卷积码编译码器设计
基于Matlab的卷积码编译器设计
1本科生毕业论文（设计）题目：基于Matlab 的卷积码编译器设计仿真专业代码： 080603作者姓名：张倍红学号： **********单位：物理科学与信息工程学院指导教师：***2010年 5 月 20日目录引言 (1)1.系统仿真 (1)1.1系统仿真的定义 (1)1.2仿真模型与仿真研究 (1)2.MATLAB仿真 (3)3.差错控制编码 (4)3.1差错控制编码 (4)3.1.1 概述 (4)3.1.2 差错控制编码方法 (4)4.卷积码编译器设计仿真 (5)4.1卷积码 (5)4.2卷积码的编码 (6)4.3卷积码的译码 (8)4.4相关参数 (11)4.5程序设计 (11)4.5.1 卷积码编码函数 (11)4.5.2 维特比译码函数 (12)4.6卷积码的性能分析和仿真测试 (13)4.6.1 理论计算 (13)4.6.2 仿真结果与理论 (14)结束语 (17)参考文献 (19)致谢 (20)摘要本文通过对卷积码的研究，用Matlab实现了卷积码的冲击响应编码和Viterbi译码，通过一系列的仿真实验进一步证明了卷积码的特性，从而说明卷积码是一种非常有前途的、能达到信道编码定理所提出的码类。
最后通过 Matlab仿真,对卷积码的性能进行了理论分析和实验仿真。
关键词：卷积码；Viterbi；Matlab；误比特率AbstractIt makes a deeply analytical study about convolution code in this article and it makes a convolution impact response coding & Viterbi decoding also, the characteristics of convolution code was fully proved by a series of simulated experiment, it shows that convolution code is a perfect code style which is promising & fitting. In the end, the performance of convolution code is analyzed and simulated based on Matlab Keywords: convolution code; Viterbi; Matlab; bit error rate基于Matlab的卷积码编译器设计仿真引言由于数字信号在传输过程中受到干扰的影响。
实验二 卷积码编码及译码实验
实验二卷积码编码及译码实验一、实验目的通过本实验掌握卷积编码的特性、产生原理及方法，卷积码的译码方法，尤其是维特比译码的原理、过程、特性及其实现方法。
二、实验内容1、观察NRZ基带信号及其卷积编码信号。
2、观察帧同步信号的生成及巴克码的特性。
3、观察卷积编码信号打孔及码速率匹配方法。
4、观察接收端帧同步过程及帧同步信号。
5、观察译码结果并深入理解维特比译码的过程。
6、观察随机差错及突发差错对卷积译码的影响。
三、基本原理1、卷积码编码卷积码是一种纠错编码，它将输入的k个信息比特编成n个比特输出，特别适合以串行形式进行传输，时延小。
卷积码编码器的形式如图17-1所示，它包括：一个由N段组成的输入移位寄存器，每段有k段，共Nk个寄存器；一组n个模2和相加器；一个由n级组成的输出移位寄存器,对应于每段k个比特的输入序列,输出n个比特。
图17-1 卷积编码器的一般形式由图17-1可以看到，n个输出比特不仅与当前的k个输入信息有关,还与前（N-1）k 个信息有关。
通常将N称为约束长度（有的书中也把约束长度定为nN或N-1）。
常把卷积码记为：（n 、k 、N ），当k =1时，N -1就是寄存器的个数。
编码效率定义为：/c R k n =(17-1)卷积码的表示方法有图解表示法和解析表示法两种：解析法，它可以用数学公式直接表达，包括离散卷积法、生成矩阵法、码生成多项式法；图解表示法，包括树状图、网络图和状态图（最的图形表达形式）三种。
一般情况下，解析表示法比较适合于描述编码过程，而图形法比较适合于描述译码。
（1）图解表示法 （2）解析法下面以（2，1，3）卷积编码器为例详细讲述卷积码的产生原理和表示方法。
（2，1，3）卷积码的约束长度为3，编码速率为1/2，编码器的结构如图17-2所示。
jj图17-2 （2,1,3）卷积编码器这里我们主要介绍码多项式法。
我们可以用多项式来表示输入序列、输出序列、编码器中移位寄存器与模2和的连接关系。
基于VHDL的卷积码编解码器的设计报告
长沙理工大学《通信电路EDA》课程项目报告系别计通系专业通信工程班级通信1203班指导教师单树民项目组组长历洋学号201254080312 项目组成员刘鼎新学号201254080330 项目组成员陈士怡学号201254080324 项目组成员侯耀文学号201254080323完成日期2014年11月5日目录1 引言 (3)1.1项目背景 (3)2 卷积码编解码器的结构概述 (4)2.1 卷积码编码器的结构 (4)2.2 卷积译码器的结构 (4)3 卷积码编解码器的VHDL设计 (5)3.1 VHDL设计的优点与设计方法 (5)3.2 卷积码编解码器的VHDL实现 (6)3.2.1 卷积编解码器顶层建模的VHDL描述 (7)3.2.2 用MAX+PLUSⅡ编译后生成的编解码器图形符号错误!未定义书签。
3.2.3 卷积编解码器VHDL仿真波形 (9)4 后记 (11)基于VHDL的卷积码编解码器的设计1 引言1.1项目背景现代数字通信有两个基本的理论基础,即信息论和纠错编码理论,它们几乎是同时在第二次世界大战结束后不久诞生的。
前者首先由Shannon以他的不朽名著“通信的数学理论”为标志建立起来的,而后者则以Hamming的经典著作“纠错和检错编码”为代表。
Shannon信息论主要讨论信息的度量,以及对于信息表示和信息传输的基本限制。
信道编码定理告诉我们,只要信息传输速率小于信道容量,则信息传输可以以任何小的错误概率进行。
但是,Shannon信息论并没有告诉我们如何去实现这一点。
Hanmming提出的纠错编码理论正是为了解决这个问题。
科学技术的发展使人类跨入了高度发展的信息化时代。
在政治、军事、经济等各个领域，信息的重要性不言而喻，有关信息理论的研究正越来越受到重视。
20世纪50年代信息论在学术界引起了巨大的反响。
20世纪60年代信道编码技术有了较大进展，成为信息论的又一重要分支。
信道编码技术把代数方法引入到纠错码的研究，使分组码技术的发展到了高峰，找到了大量可纠正多个错误的码，而且提出了可实现的译码方法。
毕业设计61基于System View的卷积码译码器的设计
基于System View的卷积码译码器的设计摘要本课程设计在SystemView 平台上设计了卷积码译码器，SystemView系统中提供了专门的卷积码编码和译码图符，使用户能快速地建立基于卷积码的仿真系统，本课程设计对(2,1,6)的大数逻辑译码原理，以及维比特译码原理进行了解释，利用SystemView 进行了(2,1,3)卷积码译码器的仿真。
系统运行以后将译码后得到的波形与原始的码元输入信号进行比较，系统参数经过修改以后能够正确地将编码后的信号译码为原始的码元。
关键字卷积码译码器，System View，(2,1,3)卷积码译码器1 引言卷积码的译码方法主要有两类，代数译码和概率译码。
代数译码是根据卷积码的本身编码结构进行译码，译码时不考虑信道的统计特性。
概率译码在计算时要考虑信道的统计特性。
典型的算法如：最大似然译码、维比特译码、序列译码等。
本课程设计利用SystemView 平台进行卷积码译码器的实现，SystemView系统中提供了专门的卷积码编码和译码图符，使用户能快速地建立基于卷积码的仿真系统，本课程设计对(2,1,6)的大数逻辑译码原理，以及维比特译码原理进行了解释，利用System View进行了(2,1,3)卷积码译码仿真，系统参数经过修改以后能够正确地将编码后的信号译码为原始的码元。
1.1 卷积码简介卷积码也称为连环码是一种非分组码，分组码编码时，先将输入的信息序列分为长度为k的码元的字段，然后按照一定的编码规则，给含k个信息元的段附加上r长的监督元，于是生成n 长的码组。
在编码时，各n长码组是分别编码的，各码组之间没有约束关系，因此译码时各码组之间是分别独立进行的。
卷积码则不同于此，卷积编码属于信道编码，主要用来纠正码元的随机差错，它是以牺牲效率来换取可靠性的，利用增加监督位，进行检错和纠错。
卷积码把k个信息位编成n位，k和n通常很小，特别适宜于串行形式传输，延时小，n个码元与当前段的k个信息位有关，而且与前N-1段的信息有关，编码过程相互关联的码元为Nn个，N或Nn称为卷积码的约束长度，常把卷积码记作(n,k,N) ，一般来说对于卷积码k 和n 时较小的整数，常把卷积码记作(n 、k 、N)卷积码，它的编码效率为k/n 。
卷积码的设计与实现
卷积码的设计与实现卷积码是一种线性编码技术，广泛应用于通信和数据传输领域。
它通过将输入数据编码为卷积码的形式，提高了数据的纠错能力和传输效率。
本文将介绍卷积码的设计与实现。
一、卷积码的设计1、编码器设计卷积码的编码器由多个移位寄存器和模2加法器组成。
编码器的设计取决于两个参数：约束长度和生成多项式。
约束长度是指编码器中移位寄存器的数量，它决定了卷积码的纠错能力。
生成多项式则决定了编码器的结构。
在设计编码器时，需要选择合适的约束长度和生成多项式，以实现所需的纠错能力和编码效率。
常用的生成多项式有G(D) = (1+D+D^2)和G(D) = (1+D^2)，其中D表示延迟。
2、解码器设计卷积码的解码器通常采用最大似然解码算法，如维特比算法或概率解码算法。
这些算法通过搜索所有可能的路径，找到最可能的路径作为解码结果。
在设计解码器时，需要选择合适的算法，并优化算法的复杂度和性能。
常用的优化方法包括剪枝、动态规划、并行计算等。
二、卷积码的实现1、硬件实现卷积码的硬件实现通常采用数字电路和集成电路技术。
通过将编码器和解码器设计成硬件电路，可以实现高速、低功耗的卷积码编码和解码。
在硬件实现中，需要考虑电路的功耗、面积、速度等因素，以优化硬件性能。
常用的硬件实现方法包括ASIC、FPGA和DSP等。
2、软件实现卷积码的软件实现通常采用编程语言和算法库。
通过编写代码实现编码器和解码器的功能，可以实现灵活、可扩展的卷积码编码和解码。
在软件实现中，需要考虑代码的效率、可读性和可维护性等因素，以优化软件性能。
常用的软件实现方法包括C/C++、Python等编程语言和相应的算法库。
三、总结卷积码是一种有效的线性编码技术，具有纠错能力强、传输效率高等优点。
本文介绍了卷积码的设计和实现方法，包括编码器和解码器的设计、硬件和软件实现等方面。
在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的卷积码参数和实现方法，以实现高效的通信和数据传输。
卷积码编译码课设 (2)
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。
本文对卷积码和卷积码的编译码有一个简单的介绍且给出了信道编码的发展历史及研究状况，然后详细讨论了（2，1，2）卷积码的编码过程和译码过程，通过状态转移方程和输出方程得出状态转移表和状态转移图，然后通过维特比译码器研究，总结出了维特比译码算法，最后通过Matlab软件进行设计与仿真，得到了编码程序和译码程序，其运行结果与理论分析一致。
关键字卷积码编码、信道编码、Viterbi译码、MATLAB仿真目录摘要........................................... 错误！未定义书签。
一、引言 (3)1.1发展历史及研究状况 (3)1.2设计目的和意义 (3)1.3设计方法 (4)二、卷积码编译码原理 (5)2.1 卷积码编码原理 (5)2.2编码器 (6)2.3 卷积码译码原理 (7)2.4 VITEBI 译码的关键步骤 (8)2.4.1 输入与同步单元 (8)2.4.2 支路量度计算 (8)2.4.3 路径量度的存储与更新 (8)2.4.4 信息序列的存储与更新 (8)2.4.5 判决与输出单元 (8)三、卷积码编码实现 (9)3.1 编码原理分析 (9)3.2 卷积码编码流程图 (10)四、卷积码译码实现 (11)4.1 译码编程思路 (11)4.2 卷积码译码流程图 (11)五、卷积码编译码程序的编译及仿真波形 (11)5.1 卷积码编码仿真 (12)5.2卷积码译码仿真 (13)5.3卷积码纠错码仿真 (14)六、总结 (15)七、参考文献 (16)附录 (17)一、引言1.1发展历史及研究状况1948年，Bell实验室的C.E.Shannon发表的《通信的数学理论》，是关于现代信息理论的奠基性论文，它的发表标志着信息与编码理论这一学科的创立。
卷积码的Viterbi译码设计设计
摘要在数字通信系统中，通常采用差错控制编码来提高系统的可靠性。
自P．Elias 首次提出卷积码编码以来，这一编码技术至今仍显示出强大的生命力。
目前，卷积码已广泛应用在无线通信标准中，如GSM，CDMA2000和IS-95等无线通信标准中。
针对N-CDMA数据传输过程中的误码问题,本文论述了旨在提高数据传输质量的维特比译码器的设计。
虽然Viterbi译码复杂度较大，实现较为困难，但效率高，速度快。
因此本文着重分析和讨论了1/2速率的（2,1,9）卷积码编码和其Viterbi译码算法。
深入研究卷积码编码原理和Viterbi算法原理后，提出了（2,1,9）卷积码编码以及Viterbi算法的初始化、加—比—选和回溯设计方案，运用查表的方法,避免了大量繁琐计算,使得译码简洁迅速,译码器的实时性能良好。
并充分利用TMS320C54X系列DSP芯片，用汇编语言完成了（2,1,9）卷积码编码和Viterbi 译码的程序。
关键词：差错控制编码、卷积码、Viterbi译码、TMS320C54X、DSPAbstractIn digital communication systems, error control coding is usually used to improve system reliability. Since P.Elias put forward the convolutional coding the first time, the coding is still showing strong vitality.,has become widely used in satellite communications, wireless communications and many other communication systemsas a kind of channel coding method. such as GSM, CDMA2000 and has been a wireless communication standards of IS-95.In view of the error problem in the process of N-CDMA data transmission, this paper discusses the aims to improve the quality of data transmission of victor design than the decoder.Although Viterbi decoding complexity is bigger, more difficult to achieve, but high efficiency and fast speed. So this article emphatically analyzed and discussed the 1/2 rate (2,1,9) convolution code coding and its Viterbi decoding algorithm. In-depth study on principle of convolution code coding and Viterbi algorithm, proposed the convolution code coding and Viterbi algorithm (2,1,9) initialization, add - than - choose and back design, using look-up table method, to avoid a large amount of tedious calculation, the decoding and quick, good real-time performance of the decoder. Make full use of the series of TMS320C54X DSP chip, using assembly language to complete the（2,1,9）convolution code coding and Viterbi decoding process.Keywords: error control coding, convolutional code, Viterbi decoding, TMS320C54X目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (3)1.绪论 (1)1.1 移动通信及N-CDMA背景 (1)1.2 数字通信概述 (1)1.3 卷积编码与译码的发展 (3)1.4 主要研究工作 (3)2.DSP与CCS简介 (5)2.1 DSP概述 (5)2.1.1 DSP的主要特点 (5)2.1.2 CSSU单元概述 (7)2.2 CCS概述 (8)2.3 本章小结 (8)3.卷积码的理论基础 (9)3.1 卷积码的概述 (9)3.1.1 卷积码基本原理 (9)3.1.2 卷积码的纠错能力 (9)3.1.3 卷积码的表示方法 (10)3.2 Viterbi译码的概述 (11)3.3 本章小结 (14)4．卷积编码的实现 (15)4.1 (2,1,9)卷积码编码 (15)4.1.1 (2,1,9)卷积码编码设计方案 (15)4.1.2 (2,1,9)卷积码编码流程图 (16)4.1.3 (2,1,9)卷积编码程序实现 (16)4.1.4 (2,1,9)的程序仿真 (17)4.2 (2,1,9)卷积码状态转换表 (17)4.2.1 (2,1,9)卷积码状态转换表的设计算法 (18)4.2.2 (2,1,9)卷积码状态转换表的流程图 (18)4.2.3 (2,1,9)卷积码状态表 (18)4.2.4 (2,1,9)卷积码状态表的蝶形结构 (21)4.3 本章小结 (22)5. Viterbi译码的实现 (23)5.1 Viterbi译码基础 (23)5.2 Viterbi译码算法 (23)5.3 变量定义情况 (25)5.4 初始化 (26)5.4.1 初始化流程图 (27)5.4.2 初始化程序仿真 (27)5.5 加-比-选 (28)5.5.1加-比-选流程图 (29)5.5.2加-比-选程序仿真 (30)5.6 回溯 (31)5.6.1 回溯流程图 (32)5.6.2 回溯仿真图 (33)5.7 Viterbi纠错测试 (34)5.8 本章小结 (34)总结 (36)致谢 ............................................................................ 错误！未定义书签。
卷积码编码器及Viterbi译码器的设计
1.
卷积码是一种性能优越的信道编码。(n ,k ,N) 表示把 k 个信息比特编成 n 个比特，N 为编码约束长度,说明编码过程中互相约束的码段个数。卷积码编码后的 n 个码元不仅与当前组的 k 个信息比特有关,而且与前 N - 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 N ×n 个。R = k/ n 是卷积码 的码率,码率和约束长度是衡量卷积码的两个重要参数。 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。卷积码的纠错能力随着 N 的增加而增大，而差错率随着 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。分组码的译码算法可以由其代数特性得到。卷积码虽然可以采用适用于分组码的门限译码(即大数逻辑译码)，但性能不如维特比译码和序列译码[5]。
Abstract：This course design mainly resolves to a convolutional code sequence for Viterbi Viterbi decoding output, and through the Matlab software to carry on the design and simulation, and analysis of bit error rate. In curriculum design, system development platform for Windows Vista Ultimate, program design and simulation using Matlab R2007a(7.4), and finally the simulation list is consistent with theoretical analysis.
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哈尔滨工程大学2014届学士学位论文立题论证书
院（系）信息与通信工程学院题目对应专业通信授
申报时间
2013-11-18
题目名称
基于FPGA的卷积码编译码实现研究
题目来源
（划√号，不可多选）
在研
科研项目
生产实践
自拟题目
题目类型
理工类
理论研究类□工程设计类□软件开发类□
3、此表一式一份，由院（系）留存，如无改动在毕业设计结束后连同电子版一起交校档案馆存档。
成果形式：
1、提交硬件系统；
2、提交研究报告。
技术要求
上机40机时
图纸张
电路板1块
阅读文献15篇
读书笔记1万字
主
要
参
考
资
料
2Bernard Sklar著，宋平平等译.数字通信——基础与应用电子工业出版社，2002年
3王松武等常用电路模块分析与设计指导清华大学出版社2007年
基层学术组织负责人审核意见：
科学实验类□综合类□（划√号，不可多选）
文管类
理论型□应用型□文献综述型□
（划√号，不可多选）
课
题
简
述
卷积码是一种性能优良的信道编码方式，目前在通信领域得到了广泛的应用。系统的掌握差错控制系统及信道编码原理的基础上，掌握卷积码的基本原理，研究卷积码编译码过程及编译码算法。在系统的掌握卷积码编、译码技术的基础上，完成卷积码的编码、解码算法，通过仿真验证，利用FPGA实现编码、译码过程
本
课
题
预
期
目
标
须填写本课题应完成的工作，课题预期目标和成果形式
工作任务：
1、完成FPGA硬件系统的设计。
2、完成卷积码的编译码算法，以Verilog编写程序，并在quartus下仿真。
预期目标：
1、利用FPGA系统实现卷积码的编码、译码；
2、能够观察到基带数据、编码后的数据、译码后的基带数据。
3、从理论上、实际系统两个角度对卷积码的实际纠错性能进行研究。
基层学术组织负责人签字：
年月日
(院)系学士学位论文工作领导小组审核意见：
(院)系毕业设计(论文)工作领导小组组长签字：
（院）系盖章
年月日
做该课题
学生姓名
班级
学号
注：1、指导教师对应每个毕业论文(设计)题目应填写该表一份，题目申报人可为指导教师组。
2、题目来源和题目类型要求单选，若该题目属于两种类型，则只能选择一种最主要的类型打√。