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卷积码的Viterbi软、硬译码.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.53M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1 概述
    2 设计原则和设计依据
    2.1 设计原则.
    2.2 设计依据.
    3 主要功能与性能指标要求
    3.1 主要功能
    3.2 主要性能指标要求
    4 总体方案设计
    4.1 编码原理
    （1）卷积码编码器构造
    （2）生成矩阵G(x)
    （3）状态图
    4.2 BPSK调制
    4.3 AWGN信道
    4.4 BPSK解调
    4.5 译码原理
    5 编码设计
    5.1 原理介绍
    5.2 具体设计
    6 BPSK调制
    6.1 原理介绍
    6.2具体设计
    7 AWGN信道
    7.1 原理介绍
    7.2具体设计
    8 BPSK解调
    9 译码设计
    9.1 Viterbi译码过程
    9.2 Viterbi硬判决
    9.3 Viterbi软判决
    10 仿真结果
    附录
    基于 Convolutional 编译码的 Matlab 仿真 设计报告
    目 录 1 概述 .................................................................................................................................................1 2 设计原则和设计依据 .................................................................................................................... 1 2.1 设计原则............................................................................................................................. 1 2.2 设计依据............................................................................................................................. 1 3 主要功能与性能指标要求 ............................................................................................................ 1 3.1 主要功能 ............................................................................................................................. 1 3.2 主要性能指标要求 ............................................................................................................. 2 4 总体方案设计 ................................................................................................................................ 2 4.1 编码原理 ............................................................................................................................. 2 （1）卷积码编码器构造........................................................................................................ 2 （2）生成矩阵 G(x)................................................................................................................3 （3）状态图 ............................................................................................................................ 3 4.2 BPSK 调制........................................................................................................................... 4 4.3 AWGN 信道 ......................................................................................................................... 4 4.4 BPSK 解调........................................................................................................................... 4 4.5 译码原理 ............................................................................................................................. 5 5 编码设计 .........................................................................................................................................5 5.1 原理介绍 ............................................................................................................................. 5 5.2 具体设计 ............................................................................................................................. 6 6 BPSK 调制 .......................................................................................................................................6 6.1 原理介绍 ............................................................................................................................. 6 6.2 具体设计 .............................................................................................................................. 6 7 AWGN 信道 .....................................................................................................................................7 7.1 原理介绍 ............................................................................................................................. 7 7.2 具体设计 .............................................................................................................................. 7 8 BPSK 解调 .......................................................................................................................................7 9 译码设计 .........................................................................................................................................7 9.1 Viterbi 译码过程 .................................................................................................................. 7 9.2 Viterbi 硬判决...................................................................................................................... 8 9.3 Viterbi 软判决...................................................................................................................... 9 10 仿真结果 .......................................................................................................................................9 附录 ...................................................................................................................................................11
    基于 Convolutional 编译码的 Matlab 仿真 1 概述 这是老师给我们布置的第一个任务，即用Matlab或者C语言编写码率为1/2的卷积码 +BPSK调制，信道为AWGN信道，接收端采用Viterbi译码的MonterCarlo仿真，最终得到信 噪比（Eb/N0，dB）与误比特率BER的仿真曲线；其学生开展了“基于Convolutional编译码的 仿真”的研究，核心是Viterbi译码的编写，有Viterbi硬判决和软判决两种方法。 2 设计原则和设计依据 2.1 设计原则. a) 编译码实现简单， 以最大限度减低实现复杂度。 b) 在卷积码译码能力之内， 能正确译码。 c）误比特率在可接受范围内，尽量保证最小。 2.2 设计依据. 吴晓富老师发来的任务书（ E- mail） 及充分利用网络资源进行科学的调研。 3 主要功能与性能指标要求 3.1 主要功能 基于Convolutional编译码仿真的框图如下图所示： 随机 0,1 序 列 k bit->n bit 序列产生 信道编码 BPSK 调制 0,1->+1,-1 0.1 序列 n bit->k bit n bit->k bit 0,1 序列 信息输出 Viterbi 软译码 y =x+noise AWGN 信道 Viterbi 硬译码 +1,-1->0,1 BPSK 解调 y =x+noise 图1：基于Convolutional编译码的仿真的功能框图 1
    基于 Convolutional 编译码的 Matlab 仿真 3.2 主要性能指标要求 a.输入端发送的信源为随机产生的1000个二进制数，即1000bit信息。在此，我可以定义信源 序列：L=1000； bit_sig=rand(1,L)>0.5；L为比特数，bit_sig为信源序列。 b.传输数据编码采用卷积码（2，1, 3），其组成如下： 输出码长n =2； 信息位k=1； 约束长度N=3； 约束关系（75 ； 门限0.5V； 编码补偿位0bits。 c.Viterbi译码器主要参数要求： 码长n =2； 信息位k=1； 约束长度N=3； 约束关系（75 ； 补偿位数1bits； 路径长度= 判决门限=0V； 4 总体方案设计 4.1 编码原理 （1）卷积码编码器构造 ； 一个单输入双输出的离散时间系统可以用图2所示的框图表示。 2
    基于 Convolutional 编译码的 Matlab 仿真 系统输入和输出之间的关系可以用z域或时域表示如下: 图2 单输入双输出系统 或 如果上述离散时间系统的k 路输入是待编码的k 位消息序列, n 路输出是n 位编码序列, 则一个离散时间系统就构成了一个( n , k) 卷积码编码器。 以（2,1,3）卷积码为例，其编码器构成框图如下： 图3 卷积码编码器构成框图 （2）生成矩阵 G(x) 给定了生成矩阵G(x),就给定了卷积码编码器,当知道信源消息序列时,可以由生成矩阵 完成序列的编码。 G( x) = [1 + x + 1 + ] = 1 ， =1 + 3
    基于 Convolutional 编译码的 Matlab 仿真 （3）状态图 图4（2,1,3）卷积码状态图 4.2 BPSK 调制 经过信道编码产生的卷积码二进制 0,1 序列，经 BPSK 调制后变为双极性信号。BPSK 的时域表达式为 t)=Acos（ ），通常用初始相位 0 和п分别表示二进制“1”和“0”， 即 4.3 AWGN 信道 AWGN 信道会产生加性高斯白噪声 n（t），其功率谱密度=1W/Hz，期望=0V。经过 AWGN 信道，接收信号 y（t）=x（t）+n（t），其中 x（t）为调制信号。 4.4 BPSK 解调 BPSK相干解调器结构如图5所示： 相乘器 LPF 抽样判决器 cos 其 中 定时脉冲 图5 BPSK解调器框图 4
    基于 Convolutional 编译码的 Matlab 仿真 BPSK在这里的作用就是判决，恢复0,1序列，即： rec-bit= 其中r为解调器接收的序列。 4.5 译码原理 表1 卷积码的三种译码方式及优缺点 译码方式 门限译码 （也称大树逻辑译码） 优点 性能最差 缺点 硬件实现简单 维特比译码 性能最佳 硬件实现复杂 序列译码 性能介于维特比译码 硬件实现难度介于维特比译码 和门限译码之间 和门限译码之间 卷积码的三种译码方式如表1所示。考虑到工程的需要和实际情况，选用最佳卷积译码 方式—Viterbi译码。我们在译码器的详细设计中给出其中两种译码算法，包括Viterbi硬判决 和软判决。 （1）Viterbi硬判决 硬判决译码即比较汉明距离作为累计度量。若在译码前不进行0,1判决而直接译码，则 是下面提到的软判决。 （2）Viterbi软判决 硬判决译码即比较欧式距离作为累计度量。直接计算欧式距离 2 d  n 1   (r x ) i i i  0 2 ，找出其 中的最小欧式距离路径（本任务未进行Q进制量化，Q>2）。具体过程同Viterbi硬判决。 5 编码设计 5.1 原理介绍 卷积编码是通过采用移位寄存器以及异或逻辑电路实现的，将该卷积编码器用生成多项 式来表示，可表示为（有关该编码器的说明：设定输入信息序列为，那么输出序列为），所 以 5
    基于 Convolutional 编译码的 Matlab 仿真 i=0,1,2……。 5.2 具体设计 对于（2,1,3）卷积码，n=2，k=1，可用图6实现。此时，生成矩阵G( x) =[1 + x + 1 + ] 图6 卷积码编码器构成框图 定义编码函数conv_code(x)及变量memory和new_memory。使用取余函数mod（）来计 算模2加，并通过for循环以求得 i=0,1,2……。 6 BPSK 调制 6.1 原理介绍 BPSK调制的作用是产生双极性信号（+1，-1），即 bpsk_sig= 其中code_sig为信道编码后的发送序列，bpsk_sig为调制后的序列。 6.2 具体设计 为了简化设计，我们采用了基带传输，没有采用调频方式的BPSK，即： bpsk_sig=1-2*code_sig; 6
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