北邮大三通信系统仿真与实现信道编码作业

7
5

译码算法 trel = poly2trellis(1,[7 5]);
软译码：comm.APPDecoder('TrellisStructure', trel, 'Algorithm', 'True APP', 'CodedBitLLROutputPort', false); 硬译码：comm.ViterbiDecoder(trel, 'InputFormat', 'hard','TerminationMethod', 'Terminated' ); 3.3 Turbo 码
-
8. 仿真结果及性能分析
Fig.third CC+BCH 软硬译码与 Turbo 码的 BER-SNR 性能对比 结论分析： 由图三条曲线可以看出，在 EB/N0 较大些时，Trubo 编译码的性能要高于
4
BCH+CC 码的级联的软硬译码；而 BCH+CC 软译码又要优于硬译码，其中 Trubo 部分，在较高的信噪比下，计算出的错误比特数极低。
msg_enc_CC = step(hConEnc_CC, msg_enc_BCH); Turbo 码的编码 %% Turbo intrlvrIndices = randperm(frameLength); msg_enc_Turbo = step(hTEnc,data,intrlvrIndices); 4QAM 调制 % Encode the message.
2. 内容
3. 信道编码
3.1 BCH 码 编码算法: enc_BCH = comm.BCHEncoder(n,k); 译码算法:dec_BCH = comm.BCHDecoder(n,k); 3.2 CC 码 编码器结构 CC:(1,5/7), 1/2 码率 7----111 5----101 译码算法

无线通信基础课程设计报告（信道编码）小组成员：指导老师：完成时间：无线通信系统课程设计报告实验摘要：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、不连续等现象。

信道编码通过对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的检错和纠错能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。

提高数据传输可靠性，降低误码率是信道编码的任务。

实验名称：信道编码实验目标：本实验的目标是领会信道编码的基本思想。

并通过比较有无信道编码模块的不同系统误码率性能，感受信道编码技术对于提高系统性能的重要意义。

实验原理：打开“Channel_Coding_74.vi”前面板如图1所示，打开程序框图并理解参与信道编码的整个数据流。

程序包含上下两个独立的部分如图2所示，下面部分是生成误码率曲线如图1(b)，其结构和上面部分类似，你只需要关注上面部分程序即可；上面部分代码大致可由做7个模块组成，每一模块完成一项功能。

你负责的是这个实验的“编码和解码”功能。

这些模块为：1、读取图片LabVIEW提供了一个能够读取JPEG格式的图像并输出图像数据的模块。

提供的还原像素图.vi完成图像数据到一维二进制数据的转换（图像数据→十进制二维数组→二进制一维数组），输出信源比特流。

(a)实验操作部分(b)误码率曲线图1 前面板2、信道编码我们的下一个目标是对信源比特流进行信道编码。

信道编码方案很多，线性分组码、卷积码、LDPC码等等；这里我们采用简单的（7，4）线性分组码。

图2 程序框图线性分组码是一类重要的纠错码。

在（n ，k ）线性分组码中，常用到能纠正一位错误的汉明码。

其主要参数如下：码长：21mn =-； 信息位：21mk m =--； 校验位：m n k =-； 最小距离： d = 3； 纠错能力： t = 1；本次实验需要用到的是(7,4)分组码，属系统码，前四位为信息位，后三位为冗余位。

3、BPSK 调制上一步得到的是二进制的信息比特流，需要采用一定的调制方案，将二进制的信息比特映射成适合信道传输的符号。

信道
传输信号的媒介，如无线电波、 光纤等。
信宿
接收并使用信息，如收音机、 电视机等。
通信系统的分类
有线通信系统
利用电缆、光缆等物理介质传输信号。
模拟通信系统
传输连续的模拟信号，如调频广播。
无线通信系统
利用电磁波传输信号，如手机、卫星通信等。
数字通信系统
传输离散的数字信号，如数字电视、计算机 网络等。
04
解调技术
解调的基本概念
01
解调是将已调信号从载波中提取出来以便进一步处理的过程。
02
解调是调制的逆过程，其作用是将已调信号还原成原始基带信
号。
解调方式分为线性解调和非线性解调两种。
03
常见的解调方式
相干解调
相干解调也称为同步解调，它需要使用已调信号的相位信息进行解调。相干解调的优点是解调性能较好，但需要 同步信号，因此在实际应用中受到一定限制。
通信系统仿真教案(信道和调 制解调)
目录
• 通信系统概述 • 信道特性 • 调制技术 • 解调技术 • 通信系统仿真
01
通信系统概述
通信系统的基本组成
发送器
将信源产生的信息转换为适合 传输的信号，如调频、调相、 调幅等。
接收器
接收信道传输的信号，并将其 还原为原始信息。
信源
产生需要传输的信息，如声音、 图像、文字等。
信道容量
信道容量表示信道传输信息的最大速率，是衡量信道性能的 重要指标。
信道编码
为了提高通信系统的可靠性和传输效率，需要对信号进行编 码处理，包括纠错编码和加密编码等。
03
调制技术
调制的基本概念
调制的基本概念
调制是将低频信号（基带信号）附加到高频载波 信号上，以便于传输的过程。

作业二广播方式是一对多的传输,发送端对整个网络中所有终端都发送数据包,包括不需要该数据的终端,广播方式方式的优点是设备简单,组网成本低,缺点是随着网络规模的增加,造成带宽资源的浪费,而且容易引起广播风暴,不能在因特网上应用;由于广播方式无反馈信道,无法为每个用户提供个性化服务;图1动通信中的多播技术当多个终端同时需要接收同一数据时,多播方式也就成为最佳选择;多播方式也称为组播方式,是一种多地址的广播,它实现了从一点同时向多点发送数据传输方式,并且只有多播组群中的用户能接收到发送数据的,这样相对于广播技术能在很大程度上节省带宽;同时,多播也是相对于单播而言的,当多播组群中只有一个多播成员时,多播方式也可以看作是单播的形式;多播方式广泛应用于有线网络,有基础的移动网络以及自组织网络;本文主要研究移动通信网络中的多播技术,如图1示;多播系统的主要参数随着广播业务的发展,对于一个采用多播方式的通信系统,衡量系统性能的无线自适应多播系统跨层设计的研究主要参数有：1.吞吐量和频谱利用率:吞吐量可以认为是在单位时间内,单位频谱上正确传输的信息比特数,公式描述为Rc=正确译码的信息位比特/发送的所有比特;吞吐量Rc是无量纲参数,主要在未调制的通信系统中考虑,反映的是数据在传输中的有效性,同时也是系统传送数据时,信道编码的等效码率;当等效码率越高时,比特流中的信息长度占码字总长度的比重就越大,信息传送的速率就越高;当存在高阶调制时,通常使用频谱利用率来分析系统性能;频谱利用率定义为单位时间,单位带宽内可以传输的数据速率,单位为bit/s/Hz;如果通过数据传输时的等效码率,也即吞吐量为Rc,当使用调制级数为的M-QAM映射方式时,频谱利用率公式即为:当采用BPSK调制时,Mn=2采用4-QAM调制时,Mn=4,当采用64-QAM调制时,Mn=64;的量纲是比特/符号;在自适应调制系统中,调制阶数越高,在相同的频带宽度上可以提供更高的传输速率;一般来说,频谱利用率与吞吐量的本质上是一致的,都反映了数据业务传输的有效性;2．误比特率与误包率:误比特率定义为错误接收的比特在传送总比特中所占的比例,也可以认为是单个比特发生错误的概率;在同等信噪比条件下,使用高阶调制的平均误比特率比低阶调制更高;误包率是接收端错误接收到的信息包的个输在所有传送的信息包的中的比例;接收端对接收的信息包进行CRC校验,当CRC校验出错时,发送自动重传请求;由于系统的重传次数有限,当达到最大重传次数时接收包的CRC校验仍然错误时,则认为该信息包错误,统计入误包数目;其中,重传的信息数据包的个数并不统计入所有传送信息包的总个数当中;在自动重传请求系统中,通常还会涉及到首次误包率与残余误包率;首次误包率是指具有重传功能的系统中,在第一次传输时错误包比例,也可以称为物理层的瞬时误包率;残余误包率是从链路层角度观察到的,指经过重传系统有限次重传后,数据包仍然错误的比例;误比特率与误包率都是反映了数据业务传输的可靠性;3.平均传输次数:平均传输次数指系统中一个信息包被正确接收时平均所要传输的次数,可以表示为：平均传输次数二实际传输包数目之和/原始的信息数据包个数;实际传输包数目之和包括原始信息数据包数目与重传信息数据包数目之和;通常平均传输次数用来反映系统的延时性能; 自动重传请求自动重传请求是一种用来在数据链路层保证端;到端之间正确传输的通信网络协议,其组成原理如图所示;ARQ系统需要双向信道,一般通过循环冗余校验CyclieRedundaneyCheek,CRC来判断正误;在发送端,信源产生信息码元在编码器中加入CRC校验码,暂存于缓冲存储器后发送;接收端接收到码字后,首先进行CRC校验,若校验失败,则由ARQ生成器产生一重发指令NAcK,经过反向信道送回至原发送端,这时,发送端的ARQ控制器将缓冲存储器中的数据重新发一次,接收端清除输出缓冲存储器,丢弃该数据帧;若接收端CRC校验未发现错误,则经反向信道发出确认的指令ACK,并将数据上传至高层,发送端收到此指令后,删除发送端缓冲中的内容并继续发送下一码组;ARQ系统组成框ARQ方式主要优点是:需要CRC校验码元非常少,一般仅占总码元的5%一10%,但是却能获得良好的输出误码率;CRC校验过程相比于FEC译码简单,能够减少设备的复杂度;CRC校验码与信道的差错统计特性无关,因此也可以用于自适应技术领域;ARQ方式主要缺点是:信道利用率不高,当信道干扰较大时,系统处于循环重发的状态,造成延时过大;ARQ方式需要反向信道用以发送反馈包,因此对于广播等单向传输的系统并不适用;吞吐量BPS准则:吞吐量准则的传输目的是在保证系统能够达到最大的频谱利用率,但是不能保证系统的误比特率性能;吞吐量准则侧重于传输的有效性;吞吐量准则的阂值的确定是使用不同调制曲线的相交点;不同调制方式的吞吐量曲线作业四协作自动重传协议由于无线信道的易错性,差错控制技术一直是无线信道中收到广泛关注的技术;常用的差错控制方法有两种一种是通过自动重传AutomaticRepeat-reQuest,ARQ,另外一种是通过前向纠错码Forward ErrorCorrection,FEC;在传统的通信系统中,发送端和接收端之间只有一条单向数据通路,因此,即使数据不能被接收端正确接收,接收端也只能选择丢弃或者将错误数据汇报给上层,所以这种通信方式无法保证通信的可靠性;自动重传请求是一种双向通信方式,它在发送端和接收端之间引入了反向链路,用来将数据帧是否在接收端正确接收的信息反馈回发送端,从而使得发送端可以根据反馈信息,按照指定的重传策略选择下一帧要发送的数据帧;ARQ协议采用自动重传请求实现差错控制的通信系统框图如图1-1示,对于采用ARQ的通信系统而言,需要在发送端对信息数据进行检错编码,如循环冗余校验码CRC,而在接收端通过检错码译码检测此次数据传输是否成功,并通过反馈控制器将检测结果反馈回发送端,发送端根据接收端反馈的信息,以指定策略实现重传控制;图1-1ARQ通信系统框图由于采用了重传机制,ARQ方案的实现要求发送端和接收端提供对于数据分组的缓冲力,发送端的重传缓冲器用于存储已经发送但未被确认的分组,而接收端的接收缓冲器用存储已成功被接收但仍在等待按序输出的分组;根据反馈和重传策略的不同,ARQ主要为三种标准形式：停等协议ARQ、连续ARQ和选择重传ARQ,相应的,这三种标准协所对应的发送端和接收端的可用存储空间大小S1和S2也有所不同;前向纠错FEC前向纠错码是具有纠错功能的信道编码;在前向纠错码方案中,发送端采用信道编码算法,根据原始信息比特生成冗余的校验比特,与信息比特一同发送,接收端执行对应的译码算法,从接收码字中恢复出原始信息比特;利用前向纠错方式进行差错控制的数字通信系统框图如图1-2示;图1-2FEC通信系统框图采用前向纠错码,接收端收到编码码字后,通过纠错码译码器能够纠正在该纠错码纠错范围内的错误,从而在信道误码率不变的条件下可以获得较低的误比特率;香农信道容量理论3指出：对于一个通信信道而言,存在着信道容量的理论上限,即香农限,在这个上限之内,信息的无错传输理论上是可以实现的;信道编码研究的目的就是寻找最逼近于香农限的纠错码,从而最大限度的提高整个通信系统的传输效率;作业五LTE信道编码的研究摘要LTE是3GPP组织为WCDMA、TD-SCDMA、HSPA等各种3G移动通信标准制定的长期演进,旨在增加系统的频谱利用率、提高数据的传输率和降低系统的传输延迟;在无线通信系统中,由于信道会引入噪声干扰,所以要实现可靠通信就需要考虑到信道编码的问题;LTE系统对信息速率和可靠性提出了更高的要求,这很大程度上依赖于信道编码的性能;所以研究LTE 系统中的信道编码对整个LTE系统的实现具有重要意义;针对LTE系统中的信道编码技术,本文进行了系统的理论分析和研究,对Turbo码进行了深入的分析,并进行了各方面的比对,最后完成LTE信道编码的DSP实现;文章首先简要介绍了第三代移动通信和LTE系统的主要特点,并分析了信道编码的研究意义,随后介绍了信道编码的基础知识及信道编码现状,重点介绍了Turbo码的研究现状;其次分别介绍了Turbo码编译码原理,然后重点介绍了Turbo码译码算法并说明了各算法的优劣;深入分析了Turbo码的吞吐率、复杂度,并完成对比,而后在不同码率和码长下进行了Turbo码性能的仿真对比,并给出了LTE系统中采用的信道编码方案,并完成该方案Turbo码的性能测试和LTE信道编码方案的链路仿真测试;最后给出了LTE信道编码方案的硬件实现流程并在多核DSP MSC8156上完成验证测试,并分析了测试结果及系统资源占用率,结果表明了该方案的工程可实现性;关键词：LTE,信道编码,Turbo码,多核DSPTurbo码巧妙地将卷积码和随机交织器结合在一起,实现了随机编码的思想,同时采用软输出迭代译码来逼近最大似然译码;本章将以介绍Turbo码的编码原理和译码原理为主,其次介绍在Turbo码中较为常用的交织器,最后重点介绍了Turbo译码常用的算法;Turbo码原理1.1.1 Turbo码编码原理最开始提出的Turbo码是并行级联卷积码结构PCCC的,如图1-1;图1-1 PCCC编码器结构Turbo码编码器主要由分量编码器、交织器、删余及复用功能模块组成;分量码一般选用递归系统卷积RSC码,当然也可以是分组码BC、非递归卷积NRC码以及非系统卷积NSC码,但分量码的最佳选择是RSC码;通常情况下两个分量码是相同的,当然也可以选用不同的分量码以达到特定的目的;在Turbo码的编码过程中,信息序列u经过交织器后,形成一个新的序列u1;然后将这两个序列u与u1分别被传送到两个分量编码器RSC1,RSC2中进行编码,令生成的编码序列分别为X1和X2;将序列X1和X2经过删余器,删除一些校验位,形成校验序列X,这样做的目的是为了提高码率;最后将校验序列X与未编码的系统信息X经过复用生成Turbo码的编码序X;多维Turbo码的实现需要增加分量码的个数,将多维Turbo码与删余相结合可以得到任意码率的Turbo码;多维Turbo码的一般性结构如图2-2;图1-2多维Turbo码编码器结构在AWGN信道上对并行级联卷积码PCCC的性能仿真会发现,当误比特随着信噪比的增加下降到一定数值后会出现下降趋缓的状况,这种状况被称作错误平层;为此,等人提出了串行级联卷积码SCCC来解决这个问题;SCCC综合了Forney串行级联码和Turbo码并行的特点,通过迭代译码在适当的信噪比范围内能达到非常优异的译码性能;SCCC编码器结构如图1-3;图1-3 SCCC编码器结构信息序列u经过外码编码器编码后将得到的输出码字oC经过交织器交织后送入内码编码器,从而得到最终的编码输出序列C I k;。

第五章 信道编码 习题解答1．写出与10011的汉明距离为3的所有码字。

解：共有10个：01111，00101，00000，01010，01001，00110，11101，10100，11000，11110。

2． 已知码字集合的最小码距为d ，问利用该组码字可以纠正几个错误？可以发现几个错误？请写出一般关系式。

解：根据公式：(1)1d e ≥+ 可发现e 个错。

(2)21d t ≥+ 可纠正t 个错。

得出规律：（1）1d = ，则不能发现错及纠错。

（2）d 为奇数：可纠12d -个码元错或发现1d -个码元错。

（3）d 为偶数：可纠12d-个码元错，或最多发现1d -个码元错。

（4）码距越大，纠、检错能力越强。

3．试计算（8，7）奇偶校验码漏检概率和编码效率。

已知码元错误概率为410e p -=。

解：由于410e p -=较小，可只计算错两个码元（忽略错4或6个码元）的情况：228788!10 2.8106!2!e p C p --==⨯=⨯⨯ 787.5%8η==4．已知信道的误码率410e p -=，若采用“五三”定比码，问这时系统的等效（实际）误码率为多少？ 解：由于410e p -=较小，可只计算错两个码元的情况1125211283232(1)610e e e p C C p p C C p --=-≈=⨯5．求000000，110110，011101，101011四个汉明码字的汉明距离，并据此求出校正错误用的校验表。

解：先求出码字间距离：000000 110110 011101 101011000000 4 4 4 110110 4 4 4 011101 4 4 4 101011 4 4 4 汉明距离为4，可纠一位错。

由于一个码字共有6个码元，根据公式：21617rn ≥+=+= 得 3r = 即每个码字应有3位监督码元，6-3=3位信息码元。

直观地写出各码字：123456000000110110011101101011x x x x x x 令456x x x 为监督码元，观察规律则可写出监督方程：413523612x x x x x x x x x=⊕⎧⎪=⊕⎨⎪=⊕⎩从而写出校验子方程：113422353126s x x x s x x x s x x x *********⎧=⊕⊕⎪=⊕⊕⎨⎪=⊕⊕⎩列出校验表：6．写出信息位6k =，且能纠正1个错的汉明码。

实验七信道编码仿真实现一、实验目的理解信道编码的思想，掌握信道编码的编程实现原理及技术。

二、实验原理信道编码的基本思想信道编码的对象：是信源编码器输出的信息序列m。

通常是二元符号1、0组成的序列。

信道编码的基本思想按一定规则给数字序列m增加一些多余的码元，使不具有规律性的信息序列 m 变换为具有某种规律性的数码序列 C；码序列中的信息序列码元与多余码元之间是相关的；信道译码器利用这种预知的编码规则译码。

检验接收到的数字序列 R 是否符合既定的规则，从而发现 R 中是否有错，或者纠正其中的差错；编码采用汉明码汉明码的编码原理汉明码编码Hamming码中文称作汉明码。

汉明码是由汉明于1950年提出的，具有纠正一位错误能力的线性分组码它的突出特点是：编译码电路简单，易于硬件实现；用软件实现编译码算法时，软件效率高；而且性能比较好.汉明码的定义：若一致监督矩阵H 的列是由不全为0且互不相同的所有二进制m(m≥2的正整数)重组成，则由此H矩阵得到的线性分组码称为[2m-1,2m-1-m，3]汉明码。

1.3.2 汉明码的构造特点：1)．绐定一个m，我们由二进制m 重组成线性分组码的监督矩阵H，由二进制m重来标定一个发生错误的位置。

由此可知，二进制m 重共有2 种位组合，去掉一个全为0的位组合，则余下共有2m-1种位组合。

故汉明码的最大码长n=2m-1。

2)．由上面分析，我们可以知道：m 即是汉明码监督位的位数。

故一个汉明码中，信息位的位数k=n—m=2m-1-m3)．汉明码的距离为3，因此可以纠正1位错误，检出2位错误。

汉明码编码的主要算法：汉明码的编码就是如何根据信息位数k，求出纠正一个错误的监督矩阵H，然后根据H求出信息位所对应的码字。

构造汉明码监督矩阵H的方法很多，这里仅介绍一种。

1)根据已知的信息位数k，从汉明不等式中求出校验位数m=n-k；2)在每个码字C：(C1，C2，⋯，C2m -1)中，用c02，c12，c n-12作为监督位，剩下的位作为信息位；3)用二进制数字表示2m-1列，得到2m-1列和m行监督矩阵H；4)用3步的H形成HC T =0，从而得出m个监督方程；5)将已知的信息代入方程组，然后求出满足上述方程组的监督位c (i=0，1，⋯，m一1)。

3. (错误)非均匀量化的特点是A. 大、小信号的量化误差相同B. 量化误差>△/2C. 大信号的量化误差小、小信号的量化误差大D. 小信号的量化误差小、大信号的量化误差大知识点: 第二节脉冲编码调制学生答案: [C;] 标准答案: D;得分: [0] 试题分值: 2.0提示:4. (错误)均匀量化的特点是A. 大、小信号的量化间隔相同B. 量化区内均分N等份C. 所有的量化误差相同D. 大、小信号的量化间隔相同和量化区内均分N等份知识点: 第二节脉冲编码调制学生答案: [B;] 标准答案: D;得分: [0] 试题分值: 2.0提示:5. (错误)满足抽样定理时,低通型信号的抽样频率应选为A.B.C.D.一、判断题（共5道小题，共10.0分）1. A律13折线编码器（即逐次渐近型编码器）编出的码字是非线性码。

A. 正确B. 错误知识点: 第二节脉冲编码调制学生答案: [A;] 标准答案: A;得分: [2] 试题分值: 2.0提示:2. (错误)A律13折线编码器编码位数越大越好。

A. 正确B. 错误知识点: 第二节脉冲编码调制学生答案: [A;] 标准答案: B;得分: [0] 试题分值: 2.0提示:3. (错误)模拟压扩法是实际常采用的非均匀量化实现方法。

A. 正确B. 错误知识点: 第二节脉冲编码调制学生答案: [A;] 标准答案: B;得分: [0] 试题分值: 2.0提示:B. 折叠二进码C. 循环二进码D. 折叠二进码和循环二进码知识点: 第二节脉冲编码调制学生答案: [C;] 标准答案: D;得分: [0] 试题分值: 2.0 提示:3. (错误)A律13折线编码器输出的码型是A. RZ码B. NRZ码C. AMI码D. HDB3码知识点: 第二节脉冲编码调制学生答案: [D;] 标准答案: B;得分: [0] 试题分值: 2.0 提示:4. A律13折线编码器量化级数N越大A. 编码误差越小B. 折叠噪声越小C. 判定值数目越多D. 编码误差越小和判定值数目越多知识点: 第二节脉冲编码调制学生答案: [D;] 标准答案: D;得分: [2] 试题分值: 2.0 提示:5. 满足抽样定理时，带通型信号的抽样频率应选为A.B.C.D.知识点: 第二节脉冲编码调制学生答案: [A;] 标准答案: A;得分: [2] 试题分值: 2.0 提示:6.。

北邮现代通信技术实验报告北邮现代通信技术实验报告一、引言随着科技的不断进步和社会的快速发展，通信技术已经成为现代社会中不可或缺的一部分。

作为一所专注于信息与通信工程的高校，北京邮电大学一直致力于培养学生在通信技术领域的专业能力。

本实验报告将对北邮现代通信技术实验进行详细介绍和分析。

二、实验目的本次实验的目的是让学生通过实际操作和实验数据分析，深入了解现代通信技术的原理和应用。

通过实验，学生将能够掌握数字通信系统的基本原理、调制解调技术、信道编码和解码等相关知识。

三、实验内容1. 数字通信系统的基本原理在实验开始之前，我们首先对数字通信系统的基本原理进行了详细讲解。

学生们了解到数字通信系统主要由源编码、信道编码、调制解调、信道、解调解码等几个关键部分组成。

2. 调制解调技术在本次实验中，我们重点学习了调制解调技术。

学生们使用软件仿真工具进行了调制解调实验，通过观察和分析实验数据，他们深入理解了调制解调技术的原理和应用。

3. 信道编码和解码信道编码和解码是数字通信系统中非常重要的一环。

学生们通过实验了解了不同的信道编码和解码技术，如卷积码、RS码等，并分析了它们在实际应用中的优缺点。

四、实验结果与分析通过实验，我们得到了大量的实验数据。

通过对这些数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 调制解调技术的选择对通信系统的性能有重要影响。

不同的调制解调技术适用于不同的应用场景，需要根据实际需求进行选择。

2. 信道编码和解码技术可以有效提高通信系统的抗干扰能力和误码率性能。

在实际应用中，选择合适的信道编码和解码技术对系统性能至关重要。

3. 实验数据的分析和处理是评估通信系统性能的重要手段。

通过对实验数据的统计和分析，我们可以得到通信系统的性能指标，如误码率、信噪比等。

五、实验总结通过本次实验，学生们深入了解了现代通信技术的原理和应用。

他们通过实际操作和数据分析，掌握了数字通信系统的基本原理、调制解调技术、信道编码和解码等相关知识。

其带宽是 1000Hz，因此所需的最低取样率是 fs=2000Hz。 7.错误！ 未定义书签。 已知信号 s t 10cos 200 t cos 2000 t ， 对 s t 以 fs 的 速 率 进 行 理 想 采 样 得 到 抽 样 信 号
ss t
n
s nT t nT 。将 s t 通过一个
解：抽样频率是正弦信号频率的 10 倍，每个正弦周期内有 10 个样点，抽样值及其量化电平如下表所示： i
xi 3.25sin i 5
yi
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.9 3.0 3.0 1.9 -1.9 -3.0 -3.0 -1.9 0 0 1 9 9 1 1 9 9 1 0 -3.5 -3.5 -1.5 -0. . 1.5 3.5 3.5 1.5 -1.5 5 5
X Y
P X P X ,Y
1 23 1 23 1 13 log 2 log 2 log 2 3 13 3 13 3 13 2 bit 3
H X , Y H X H Y | X log 2 3 1.585bit
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7.错误！未定义书签。已知下列联合事件的概率表如下：
或者在第二个积分中令 t 1 x ，得
2 2 2 1 2 1 2 1 1 2 1 1 N q 2 x 1 x dx t tdx 2 x dx 0 0 4 4 4 0 3 14 14 1 1 1 2 t 2 dt 4 t 2 dt 4 1 4 0 3 4 48 3 Sq 16 3 48 9 1 Nq 16 48 Sq 10lg 9 9.542dB Nq dB

通信系统信道编码研究及仿真关键字：Matlab信道编码译码 Simulink目录摘要.............................................................................................. 错误！未定义书签。

Abstract....................................................................................... 错误！未定义书签。

绪论.. (1)1 信道编码 (3)1.1信道编码的概念及分类 (3)1.2 信道编码及各种码类的简介 (3)1.2.2 循环码 (4)1.2.3卷积码 (4)2 MATLAB简介 (6)2.1 MATLAB (6)2.2 Simulink简介 (6)3 汉明码 (8)3.1 汉明码编码原理 (8)3.2 汉明码对高斯白噪声信道编码及仿真 (9)4 循环码 (12)4.1 循环码编译码原理 (12)4.1.1 编码原理 (12)4.1.2 译码原理 (13)4.1.3 循环码的检错与纠错 (13)4.2 循环码编译码及仿真 (14)5 卷积码 (17)5.1卷积码及其维特比译码原理 (17)5.2卷积码仿真......................................................................... 1错误！未定义书签。

5.2.1 维比特译码器仿真........................................................ 1错误！未定义书签。

5.2.2 简化后的维特比译码器仿真 (25)结论 (27)参考文献 (28)附录一汉明码仿真代码 (29)附录二 (7,4)循环码仿真代码 (32)附录三 (3,2)循环码仿真代码 (33)绪论现如今，随着无线通信技术的快速发展，数字信号技术发展迅速，它已渐渐将模拟信号取代成为了主流的传输信号类型，其优点有数字通信保密性高、抗干扰性能强、调制信号容易等。

实验七信道编码仿真实现班级：08电子信息工程二班实验人：马华臣一、实验目的理解信道编码的思想，掌握信道编码的编程实现原理及技术。

二、实验内容1．随机产生二进制信源消息序列。

产生随机数的方法与前面类似，利用srand( (unsigned)time( NULL ) )和rand()函数模拟产生随机数。

2．利用信道编码方法进行编译码。

信道的编译码分三部分，即编码部分，信道模拟部分，译码部分。

编码部分采用汉明编码。

模拟信道，采用rand()函数随机确定产生差错的位置。

译码部分，采用标准阵列表直接全表查找的方法译码。

本程序实现的是对汉明（5，2）码的编码与译码（课本P362-363）。

生成矩阵为： G= 1 0 1 1 10 1 1 0 1三、程序//汉//汉明(5，2)码的编码与标准阵列译码////////////////////////////////#include "stdio.h"#include "math.h"#include"stdlib.h"#include "time.h"void main(){ int aa[10000];int i;int N;////////////////////////int b[4][7]={{1,0,1,1,1},{0,1,1,0,1}};//定义生成矩阵int y=0,s=0;int j,k,m,n;int a[4],q[7],rr[10000/2*5];//////////////////////////int p,u,D=0;int cc[2500],dd[2500],ee[2500];int e[7][5]={{1,0,0,0,0},{0,1,0,0,0},{0,0,1,0,0},{0,0,0,1,0},{0,0,0,0,1},{1,0,1,0,0},{1,0,0,0,1}};//定义错误图样int w[10000/2*5];int ww[10000/2];printf("汉明(5，2)码的编码与标准阵列译码:\n");printf("请输入你想产生的二进制个数(至少四个但不超过1万)：");scanf("%d",&N); //输入想产生的信源的个数while(N<4){printf("输入无效，请重新输入");printf("请输入你想产生的二进制个数(至少四个)：");scanf("%d",&N);}printf("随机产生的二进制序列为：\n");srand( (unsigned)time( NULL ) ); //产生一个随机序列，并把它放入a[]中for(i=0;i<N;i++){aa[i]=rand()%2;printf("%d",aa[i]);}printf("\n");////////////////////////////////////////////////printf("编码后变为：\n");//编码生成码字for(m=0;m<N/2;m++){for(i=y;i<(y+2);i++){a[i-y]=aa[i];} ////取出4位出来for (j=0;j<5;j++){q[j]=0;for(k=0;k<2;k++)q[j]+=a[k]*b[k][j];/////与生成矩阵相乘}for(i=s;i<(s+5);i++){rr[i]=0;rr[i]=q[i-s]%2;printf("%d",rr[i]);////将生成的放入rr[]中}y=y+2;////向后移动4位s=s+5;///向后移动7位printf("\t");}////////////////////////////////////printf("经过信道后变为：\n");//模拟信道差错srand( (unsigned)time( NULL ) );for(j=0;j<N/2;j++){cc[j]=rand()%100;////产生一个0~99的随机数if(cc[j]<9)////当随机数小于9时，一个码字产生2个错误{for(i=D;i<(D+5);i++){ee[j]=rand()%2;///随机产生一个0~1的数，以确定是码字二个错误的位置u=ee[j];w[i]=0;w[i]=(rr[i]+e[5+u][i-D])%2;printf("%d",w[i]);}}else if((cc[j]>=9)&&(cc[j]<=30))///当随机数在9~30时，一个码字产生一个错误{dd[j]=rand()%5;p=dd[j]; ///随机产生一个0~4的数，以确定是码字一个错误的位置for(i=D;i<(D+5);i++){w[i]=0;w[i]=(rr[i]+e[p][i-D])%2;printf("%d",w[i]);}}else //////当随机数在30~99时，不发生错误{for(i=D;i<(D+5);i++){w[i]=0;w[i]=rr[i];printf("%d",w[i]);}}D=D+5;////向后移动7位if(cc[j]<9) printf(" 两位错");else if(cc[j]>=9&&cc[j]<=30) printf(" 一位错");else printf(" ");/////进行跟踪，以确定码字错几位printf("\t");}////////////////////////////printf("经过译码后变为: \n");//采用标准阵列译码表进行译码for(i=0,j=0;i<N/2*5;i+=5,j++){ //标准阵列译码表if( (w[i]==0&&w[i+1]==0&&w[i+2]==0&&w[i+3]==0&&w[i+4]==0)||(w[i]==1&&w[i+1]==0&&w[i+2]==0&&w[i+3]==0&&w[i+4]==0)||(w[i]==0&&w[i+1]==1&&w[i+2]==0&&w[i+3]==0&&w[i+4]==0)||(w[i]==0&&w[i+1]==0&&w[i+2]==1&&w[i+3]==0&&w[i+4]==0)||(w[i]==0&&w[i+1]==0&&w[i+2]==0&&w[i+3]==1&&w[i+4]==0)||(w[i]==0&&w[i+1]==0&&w[i+2]==0&&w[i+3]==0&&w[i+4]==1)||(w[i]==1&&w[i+1]==0&&w[i+2]==1&&w[i+3]==0&&w[i+4]==0)||(w[i]==1&&w[i+1]==0&&w[i+2]==0&&w[i+3]==0&&w[i+4]==1)) printf("00000"); else if( (w[i]==1&&w[i+1]==0&&w[i+2]==1&&w[i+3]==1&&w[i+4]==1)||(w[i]==0&&w[i+1]==0&&w[i+2]==1&&w[i+3]==1&&w[i+4]==1)||(w[i]==1&&w[i+1]==1&&w[i+2]==1&&w[i+3]==1&&w[i+4]==1)||(w[i]==1&&w[i+1]==0&&w[i+2]==0&&w[i+3]==1&&w[i+4]==1)||(w[i]==1&&w[i+1]==0&&w[i+2]==1&&w[i+3]==0&&w[i+4]==1)||(w[i]==1&&w[i+1]==0&&w[i+2]==1&&w[i+3]==1&&w[i+4]==0)||(w[i]==0&&w[i+1]==0&&w[i+2]==0&&w[i+3]==1&&w[i+4]==1)||(w[i]==0&&w[i+1]==0&&w[i+2]==1&&w[i+3]==1&&w[i+4]==0)) printf("10111"); else if( (w[i]==0&&w[i+1]==1&&w[i+2]==1&&w[i+3]==0&&w[i+4]==1)||(w[i]==1&&w[i+1]==1&&w[i+2]==1&&w[i+3]==0&&w[i+4]==1)||(w[i]==0&&w[i+1]==0&&w[i+2]==1&&w[i+3]==0&&w[i+4]==1)||(w[i]==0&&w[i+1]==1&&w[i+2]==0&&w[i+3]==0&&w[i+4]==1)||(w[i]==0&&w[i+1]==1&&w[i+2]==1&&w[i+3]==1&&w[i+4]==1)||(w[i]==0&&w[i+1]==1&&w[i+2]==1&&w[i+3]==0&&w[i+4]==0)||(w[i]==1&&w[i+1]==1&&w[i+2]==0&&w[i+3]==0&&w[i+4]==1)||(w[i]==1&&w[i+1]==1&&w[i+2]==1&&w[i+3]==0&&w[i+4]==0)) printf("01101"); else if( (w[i]==1&&w[i+1]==1&&w[i+2]==0&&w[i+3]==1&&w[i+4]==0)||(w[i]==0&&w[i+1]==1&&w[i+2]==0&&w[i+3]==1&&w[i+4]==0)||(w[i]==1&&w[i+1]==0&&w[i+2]==0&&w[i+3]==1&&w[i+4]==0)||(w[i]==1&&w[i+1]==1&&w[i+2]==1&&w[i+3]==1&&w[i+4]==0)||(w[i]==1&&w[i+1]==1&&w[i+2]==0&&w[i+3]==0&&w[i+4]==0)||(w[i]==1&&w[i+1]==1&&w[i+2]==0&&w[i+3]==1&&w[i+4]==1)||(w[i]==0&&w[i+1]==1&&w[i+2]==1&&w[i+3]==1&&w[i+4]==0)||(w[i]==0&&w[i+1]==1&&w[i+2]==0&&w[i+3]==1&&w[i+4]==1)) printf("11010");elsefor(n=0;n<5;n++){printf("%d",w[i+n]);}printf("\t");}getchar();getchar();//定住显示窗口}四、实验结果五、实验分析此（5，2）码能纠正所有1为随机错误，以及2个发生二位错误的随机错误。

通信系统仿真实验任务书一、实验地点一校教三楼310二、实验时间上午为8:00-11:30 ；下午为2:30-5:30三、实验要求与注意事项1、建议购买校印实验指导书《通信系统仿真实验》，并在图书馆借阅相关书籍。

2、做实验前预习好相关实验内容和通信原理课程知识，业余时间多练习实验内容。

3、实验结束一周内提交实验报告，格式参阅相关模板，避免抄袭。

四、实验内容1、基本实验部分：下面四个板块中，每个板块至少抽取一个实验，每组由三个学生组成，总共抽取4个实验，进行误码率测试、频谱分析等性能分析。

2、系统设计部分：以自己所选择的4个基本实验为主要基本模块，添加其它必要模块设计一个简易通信系统，并选择合适通信参数，对该系统进行必要说明。

（此部分供学有余力学生选作，以加分形式计入成绩）3、自由选题部分：自己课前查阅资料，调研好一个较复杂典型通信系统，如扩频通信系统、无线局域网、卫星通信系统等，利用SystemV ue工具进行设计实现，可以对相关标准参数进行适当简化。

（此部分供有想法的学生自由选择，选作此部分可以不做前面基础实验和系统设计，直接以此部分记成绩）基本实验板块一：模拟调制部分1-1．设计一个超外差收音机仿真模型如图所示。

图1 超外差收音机模型在基于SystemV ue中，如图所示，为了节省仿真时间，不按实际的540-1700kHz的频谱覆盖范围和455kHz中频频率设计，而采用20kHz作为中频频率。

另外利用30kHz、40kHz、50kHz三个载波频率的发射信号（模拟三个电台）。

模拟调制信号的带宽为5kHz，并设希望接收的频率为第二个电台的频率40kHz，收音机使用高边调谐，则本振LO应为40+20=60kHz，且存在一个镜像干扰频率为40+2*20=80kHz。

搭建电路如下：图2 AM超外差收音机仿真模型要求：（1）记录混频器整个混频输入前的频谱图与混频输出后的频谱图。

（2）正确理解收音机工作原理，阐述混频的工作过程。

解二： (1)就本题的具体情况，可以验证这 8 个码字构成了线性码。事实上，令c1=1000111、 c2=0101011、 c3=0011101 ，则 c1 、c2、 c3 线 性无关 ， 而 1101100=c1+c2，1011010==c1+c3 ， 0110110==c2+c3，1110001==c1+c2+c3。再由线性码的最小码距是非 0 码的最小码重的性质得 知这 8 个码字之间的最小汉明距离为 4。
9.5 若已知一个（7，4）码生成矩阵为
⎜⎛1 0 0 0 1 1 1⎟⎞
G
=
⎜0
⎜ ⎜⎜⎝
0 0
1 0 0
0 1 0
0 0 1
1 0 1
0 1 1
1⎟
1 0
⎟ ⎟⎟⎠
请生成下列信息组的码字：（1）（0100） （2）（0101） （3）（1110） （4）（1001）。
解： c = uG ，将以上信息带入公式，得到码字分别为： （1）0100101 （2）0101011 （3） 1110001 （4） 1001001
( x4 +1) mod ( x +1) = 0
(5) 同 (4) ， 将 由 于 x = 1 代 入 x = 1 是 多 项 式 x3 + x2 + x +1 得 0 ， 说 明 x = 1 是 多 项 式
( ) x3 + x2 + x +1的根，所以 x3 + x2 + x +1 mod ( x +1) = 0 。
j 列之和。同样 3 比特错的伴随式是 H 中对应 3 个位置的列之和。由此可以根据伴随式写出 相应的可纠正错误图样，结果如下：

作业二广播方式是一对多的传输，发送端对整个网络中所有终端都发送数据包，包括不需要该数据的终端，广播方式方式的优点是设备简单，组网成本低，缺点是随着网络规模的增加，造成带宽资源的浪费，而且容易引起广播风暴，不能在因特网上应用;由于广播方式无反馈信道，无法为每个用户提供个性化服务。

图1动通信中的多播技术当多个终端同时需要接收同一数据时，多播方式也就成为最佳选择。

多播方式也称为组播方式，是一种多地址的广播，它实现了从一点同时向多点发送数据传输方式，并且只有多播组群中的用户能接收到发送数据的，这样相对于广播技术能在很大程度上节省带宽。

同时，多播也是相对于单播而言的，当多播组群中只有一个多播成员时，多播方式也可以看作是单播的形式。

多播方式广泛应用于有线网络，有基础的移动网络以及自组织网络。

本文主要研究移动通信网络中的多播技术，如图1示。

多播系统的主要参数随着广播业务的发展，对于一个采用多播方式的通信系统，衡量系统性能的无线自适应多播系统跨层设计的研究主要参数有：1.吞吐量和频谱利用率:吞吐量可以认为是在单位时间内，单位频谱上正确传输的信息比特数，公式描述为Rc=正确译码的信息位比特/发送的所有比特。

吞吐量Rc是无量纲参数，主要在未调制的通信系统中考虑，反映的是数据在传输中的有效性，同时也是系统传送数据时，信道编码的等效码率。

当等效码率越高时，比特流中的信息长度占码字总长度的比重就越大，信息传送的速率就越高。

当存在高阶调制时，通常使用频谱利用率来分析系统性能。

频谱利用率定义为单位时间，单位带宽内可以传输的数据速率，单位为bit/s/Hz。

如果通过数据传输时的等效码率，也即吞吐量为Rc，当使用调制级数为的M-QAM映射方式时，频谱利用率公式即为:当采用BPSK调制时，Mn=2采用4-QAM调制时，Mn=4，当采用64-QAM调制时，Mn=64。

的量纲是比特/符号。

在自适应调制系统中，调制阶数越高，在相同的频带宽度上可以提供更高的传输速率。

编码效率＝k/n，编码冗余度＝1-k/n
非分组码：卷积码是其中最主要的一类。
P 10
9.1 信道编码的基本概念
信道编码分类（按编码后是否包含原始 信息码元分类）
系统码：编码后的信息序列中包含原始信息 码元（位置可能变化）
非系统码：编码后的信息序列中不包含原始 信息码元
P 11
9.1 信道编码的基本概念
9.1 信道编码的基本概念
反馈重传（ARQ）：发端发送有一定检 错能力的码，收端译码时如发现有错， 则通知发端重发，直到正确接收。也称 为检错重传或自动请求重复。
优点：检错比较简单，码的效率和结构简单， 译码电路简单。
缺点：需要反馈信道，不能单向通信；实时 性差。
三种类型：等待式ARQ、退N步ARQ，选择 重传ARQ。
P3
9.1 信道编码的基本概念
为什么需要信道编码？
在数字信号的传输中，实际信道不是理想的， 存在噪声和干扰，会导致接收端的误判，这 样就产生了差错。
可采取的办法：
合理设计基带信号
选择调制、解调方式
采用均衡技术
增大发送功率
P4
仍然达不到要求，就需要信道编码
9.1 信道编码的基本概念
在数字通信系统中，利用信道编码可提 高系统可靠性，控制差错。其控制差错 的方式主要分为三种。
前向纠错（FEC）：发端发送有一定纠错 能力的码，若传输中产生的差错的数目 在码的纠错能力内，收端可以纠正。
优点：单向通信（不需要反馈信道），实时 性好。
缺点：码的构造复杂，译码电路复杂。
P 12
任一码组在传输中产生传输中产生一个或多 个错误，都会变成另一个信息码组。无法检 错和纠错。

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）》王立宁等《MATLAB与通信仿真》计算机仿真课程教学笔记吴伟陵《信息处理与编码》国防工业出版社人民邮电出版社北京邮电大学出版社要求完成报告的时间: 2000年7月16日目录摘要....................................... 错. 误！未定义书签信道....................................... 错. 误！未定义书签信道............................................................ 错误！未定义书签。

信道模型........................................................ 错误！未定义书签。

噪声............................................................ 错误！未定义书签。

信号............................................................ 错误！未定义书签。

二进制双极性通信系统的蒙特卡罗仿真 .............................. 错误！未定义书签。

二进制双极性通信系统的蒙特卡罗仿真模型.......................... 错误！未定义书签。

信道编码.......... ... 错. 误！未定义书签信道编码........................................................ 错误！未定义书签。