北京邮电大学课程设计任务书 指导单位: 信息工程学院信息论教研室 指导教师: 邵志嘉 专业和班级 信息工程专业97601班 学生姓名: 陈鹏 设计题目 信道编码的仿真 主要技术指标 要求完成项目 阐明该系统的原理及抗噪声性能 该系统的仿真设计和程序实现 仿真测试该系统的抗噪声性能 主要参考文献 樊昌信等《通信原理(第四版)》 国防工业出版社 王立宁等《 MATLAB与通信仿真》 人民邮电出版社 计算机仿真课程教学笔记 吴伟陵《信息处理与编码》 北京邮电大学出版社 要求完成报告的时间: 2000年7月16日
北京邮电大学课程设计任务书 指导单位： 信息工程学院信息论教研室 指导教师： 邵志嘉 专业和班级： 信息工程专业 97601 班 学生姓名： 陈 鹏 设计题目： 信道编码的仿真 主要技术指标: 要求完成项目: 阐明该系统的原理及抗噪声性能 该系统的仿真设计和程序实现 仿真测试该系统的抗噪声性能 主要参考文献： 樊昌信等《通信原理（第四版）》 国防工业出版社 王立宁等《MATLAB 与通信仿真》 人民邮电出版社 计算机仿真课程教学笔记 吴伟陵《信息处理与编码》 北京邮电大学出版社 要求完成报告的时间： 2000 年 7 月 16 日
ee0b2ed9dd2e45a5980204cael fb6d54 doc 目录 摘要 信道 信道 信道模型 噪声 信号 进制双极性通信系统的蒙特卡罗仿真 二进制双极性通信系统的特卡罗仿真模型… 信道编码 信道编码 信道编码性能测试的蒙特卡罗仿真模型 l124 线性分组码 卷积码 交织码 级联码 标准级联码系统框图.32 信道编码与扩频通信 二进制双极性扩频通信系统的蒙特卡罗仿真 级联码对双用户二进制双极性扩频系统误码性能的改善. 结束语 57 主要参考文献 信道编码的仿真 97601班陈鹏 第2页共59页
ee0b2ed9dd2e45a5980204cae1fb6d54.doc 信道编码的仿真 97601 班 陈鹏 第 2 页 共 59 页 目 录 摘 要...............................................................................................3 信 道...............................................................................................4 信道........................................................................................................................ 4 信道模型.....................................................................................................................................................4 噪声........................................................................................................................ 5 信号........................................................................................................................ 6 二进制双极性通信系统的蒙特卡罗仿真................................................................... 6 二进制双极性通信系统的蒙特卡罗仿真模型.........................................................................................6 信道编码.............................................................................................11 信道编码................................................................................................................11 信道编码性能测试的蒙特卡罗仿真模型................................................................. 12 线性分组码........................................................................................................... 14 卷积码.................................................................................................................. 20 交织码.................................................................................................................. 29 级联码.................................................................................................................. 32 标准级联码系统框图...............................................................................................................................32 信道编码与扩频通信..................................................40 二进制双极性扩频通信系统的蒙特卡罗仿真.......................................................... 40 级联码对双用户二进制双极性扩频系统误码性能的改善......................................... 46 结 束 语.............................................................................................57 主要参考文献............................................................................58
ee0b2ed9dd2e45a5980204cael fb6d54 doc 摘要 本文采用蒙特卡罗计算机仿真方法,使用 MATLAB软件对二进 制双极性通信系统中的几种基本信道编码进行了仿真性能测试和讨 论,并从实际角度出发,对扩频通信中的信道编码进行了初步仿真。 首先本文阐述了对二进制双极性通信系统进行蒙特卡罗计算机 仿真的具体方法給出了二进制双极性通信系统的蒙特卡罗仿真模型 以及仿真流程图。接着本文对几种基本信道编码(7 4 HAMMING 码、(2,1,3)卷积码、级联码(外编码采用(7,4) HAMMING 码,交织编码采用(7,4)卷积交织编码,内编码采用(2,1,3) 卷积码),分别进行了仿真性能测试,根据仿真结果得岀了三种编 码纠错性能依次增强,级联码为最佳编码方案的结论。并且,还分别 对级联码中的两种交织方式:卷积交织和循环等差交织进行仿真,依 照仿真结果对两种具体的交织方式进行了性能比较。最后,从仿真为 际应用服务的角度出发,仿真测试了级联码(外编码采用(7,4) HAMMING码,交织编码采用(7,4)卷积交织编码,内编码采用 (2,1,3)卷积码)对双用户二进制双极性扩频通信系统误码性 能改善凊况,得出了在二进制双极性扩频通信系统中采用级联码,能 够实现信道复用和误码性能双赢的结论。 信道编码的仿真 97601班陈鹏 第3页共59页
ee0b2ed9dd2e45a5980204cae1fb6d54.doc 信道编码的仿真 97601 班 陈鹏 第 3 页 共 59 页 摘 要 本文采用蒙特卡罗计算机仿真方法，使用 MATLAB 软件对二进 制双极性通信系统中的几种基本信道编码进行了仿真性能测试和讨 论，并从实际角度出发，对扩频通信中的信道编码进行了初步仿真。 首先，本文阐述了对二进制双极性通信系统进行蒙特卡罗计算机 仿真的具体方法，给出了二进制双极性通信系统的蒙特卡罗仿真模型 以及仿真流程图。接着，本文对几种基本信道编码：（7，4）HAMMING 码、（2，1，3）卷积码、级联码 ( 外编码采用（7，4）HAMMING 码，交织编码采用（7，4）卷积交织编码，内编码采用（2，1，3） 卷积码 ) ，分别进行了仿真性能测试，根据仿真结果得出了三种编 码纠错性能依次增强，级联码为最佳编码方案的结论。并且，还分别 对级联码中的两种交织方式：卷积交织和循环等差交织进行仿真，依 照仿真结果对两种具体的交织方式进行了性能比较。最后，从仿真为 实际应用服务的角度出发，仿真测试了级联码 ( 外编码采用（7，4） HAMMING 码，交织编码采用（7，4）卷积交织编码，内编码采用 （2，1，3）卷积码 ) 对双用户二进制双极性扩频通信系统误码性 能改善情况，得出了在二进制双极性扩频通信系统中采用级联码，能 够实现信道复用和误码性能双赢的结论
ee0b2ed9dd2e45a5980204cael fb6d54 doc 信道 信道是通信系统三大组成部分(信源、信道、信宿)之一,而信道中的噪声又 是不可避免的,因此对信道和噪声的研究乃是研究通信问题的基础 信道 对于广义上的信道,按功能分,可分为调制信道和编码信道,其关系可见下图 信道模型 编码器输出调 媒质 转 译码器输入 换 换 调制信道 编码信道 在进行二进制数字基带传输信道编码仿真时,我们通常基于编码信道的概念分 析建模,对于调制信道则仅考虑每一抽样判决时刻判决器输入端情形,这样做大大 信道编码的仿真 97601班陈鹏 第4页共59页
ee0b2ed9dd2e45a5980204cae1fb6d54.doc 信道编码的仿真 97601 班 陈鹏 第 4 页 共 59 页 信 道 信道是通信系统三大组成部分（信源、信道、信宿）之一，而信道中的噪声又 是不可避免的，因此对信道和噪声的研究乃是研究通信问题的基础。 信道 对于广义上的信道，按功能分，可分为调制信道和编码信道，其关系可见下图 信道模型 在进行二进制数字基带传输信道编码仿真时，我们通常基于编码信道的概念分 析建模，对于调制信道则仅考虑每一抽样判决时刻判决器输入端情形，这样做大大 调 制 器 发 转 换 器 媒 质 收 转 换 器 解 调 器 编码器输出 译码器输入 调制信道 编码信道
ee0b2ed9dd2e45a5980204cael fb6d54 doc 简化了仿真模型,使我们把主要精力真正集中于编码仿真本身。 噪声 本次数字基带传输信道编码仿真,研究干扰为加性高斯白噪声的情况。此类情 况称为AWGN信道,属于加性干扰 噪声性能指标: 信噪比SNR: SNR= Iolog ps 声平均功率 P =wO (其中δ为功率谱密度,w为带宽) 仿真时,我们视抽样判决时刻判决器输入端噪声为高斯白噪声序列, 产生高斯白噪声序列的方法: 1.利用 MATLAB提供的函数得到(0,1)上的均匀分布随机数: 2.利用函数变换法 若71,12为相互独立的(0.)区间均匀分布的随机变量,则变量 2n n, cos(2in, In n, sin( 2in, 为N(O,1)独立的高斯随机数。之后利用线性变换按要求调整均值方差。 MATLAB源程序 function [gsrvl, gsrv2]=gngaus s(m, sgma 8 [gsrvl, gsrv2]=gngauss(m, sgma) g[gsrvl, gsrv2]=gngauss(sgma) g [gsrvl, gsrv2]=gngauss if nargin==0 elseif nargin==l sgma=m; m=0i 2=sgma*(sqrt(2*1og(1/(1-u)))); gsrvl=m+z*cos(2 gsrv2=m+z*sin(2*pi*u)i 信道编码的仿真 97601班陈鹏 第5页共59页
ee0b2ed9dd2e45a5980204cae1fb6d54.doc 信道编码的仿真 97601 班 陈鹏 第 5 页 共 59 页 简化了仿真模型，使我们把主要精力真正集中于编码仿真本身。 噪声 本次数字基带传输信道编码仿真，研究干扰为加性高斯白噪声的情况。此类情 况称为 AWGN 信道，属于加性干扰。 噪声性能指标： 信噪比 SNR： p p N S SNR = 10log (dB) 噪声平均功率： 2 p w N = (其中 2 为功率谱密度， w 为带宽) 仿真时，我们视抽样判决时刻判决器输入端噪声为高斯白噪声序列。 产生高斯白噪声序列的方法： 1． 利用 MATLAB 提供的函数得到(0,1)上的均匀分布随机数； 2． 利用函数变换法： 若 1 2 , 为相互独立的(0,1)区间均匀分布的随机变量，则变量： = − = − 2 ln sin( 2 ) 2 ln cos(2 ) 2 1 2 1 1 2 为 N(0,1)独立的高斯随机数。之后利用线性变换按要求调整均值方差。 MATLAB 源程序 function [gsrv1,gsrv2]=gngauss(m,sgma) %[gsrv1,gsrv2]=gngauss(m,sgma) %[gsrv1,gsrv2]=gngauss(sgma) %[gsrv1,gsrv2]=gngauss if nargin==0 m=0;sgma=1; elseif nargin==1 sgma=m;m=0; end u=rand; z=sgma*(sqrt(2*log(1/(1-u)))); gsrv1=m+z*cos(2*pi*u); gsrv2=m+z*sin(2*pi*u);