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沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计开题报告论文题目：基于MATLAB的卷积码编译研究专业：学号：学生姓名：指导教师：年月日1一、立题依据1、选题目的卷积码是一种向前纠错控制编码。它将连续的信息比特序列映射为连续的编码器输出符号。这种映射是高度结构化的，使得卷积码的译码方法与分组码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，采用分组编码还是采用卷积编码那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本设计便是通过matlab设计一个硬判决维特比译码输出的完整电路，并进行误码率分析。2、选题意义通信的目的是要把对方不知道的消息及时可靠地传送给对方。这就要求一个通信系统传输消必须可靠和快速。在数字通信系统中可靠与快速往往是一对矛盾，若要求快速，则必然使得每个数据码元所占的时间缩短、波形变窄、能量减少，从而在受到干扰后产生错误的可能性增加，传送消息的可靠性减低。若要求可靠，则使得传送消息的速率变慢。因此，如何合理地解决可靠性与速度这一对矛盾，是正确设计一个通信系统的关键问题之一。随着现代通信的发展，在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中，可靠性尤其重要。因为信道状况的恶劣，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，一种是增加发送信号的功率，提高接收端的信号噪声比；另一种是采用编码的方法对信道差错进行控制。前者常常受条件限制，不是所有情况都能采用。例如卫星通信系统以很远的距离传送数据，由于衰落、噪声和干扰等的影响，信号在传输过程中将产生严重的畸变。如果要求信号具有尽可能大的能量，卫星体积和载重就大大增加，会使成本相对于原来大大增加，所以不可能给信号提供太大的能量，建立在香浓基础上的编码理论正可以解决这个问题，使得成本降低，实用性增强。3、国内外研究现状1948年，美国贝尔实验室的ClaudeE.Shannon在贝尔技术杂志上发表了题为《通信的数学理论》的论文，这是一篇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。ClaudeE.Shannon在该文中指出，任一通信信道都2有一个参数，称之为信道容量C，如果通信系统所要求的传输速率R小于C,则存在一种编码方法，当码长n充分长并应用最大似然译码时，系统的错误概率可以达到任意的小。这就是著名的信道编码理论。虽然Shannon给出的仅仅是一个编码的存在性定理，但却开创了信道编码理论这一新的研究领域。从此关于可靠性的数字通信系统的研究进入了一个崭新的天地一一通过信道编码来提过通信的可靠性，而编码是通过在发送符号之间引入冗余来实现的。自Shannon的著作发表以来，人们为了在有扰环境下控制差错，在设计有效的编译码方法方面作了大量的努力。差错控制编码的应用己成为现代通信系统和计算机设计中不可分割的一部分。二、研究方案1、研究的主要内容本课题的研究分为四个部分，第一部分介绍了卷积码的研究背景，第二部分介绍了卷积码的相关理论，信道编码、线性分组码、循环码及卷积码的表示方式、编码方式、解码方式，第三部分介绍了实现卷积码仿真所需要的软件方式，第四部分进行卷积码设计与仿真，介绍了TD-SCDMA系统下的卷积码，对卷积码性能进行了研究。介绍了信道编码方式。着重研究列举了卷积码的编码方法和解码方式，介绍了MATLAB的使用方法和TD-SCDMA系统。编写卷积码的编码和解码程序。并且用MATLAB仿真软件对TD-SCDMA系统的卷积码编解码进行仿真。2、设计的方案本课题主要介绍信道编码的基本理论，着重研究卷积码的编码方法和viterbi译码，介绍MATLAB的使用方法，并编写卷积码的编码和解码程序，通过MATLAB仿真软件对卷积码编解码进行仿真。重点对viterbi译码进行了研究，该算法就是利用卷积码编码器的格图来计算路径度量，选择从起始时刻到终止时刻的惟一幸存路径作为最大似然路径，沿着最大似然路径回溯到开始时刻，所走过的路径对应的编码输出就是最大似然译码输出序列。它是一种最大似然译码方法，当编码约束长度不大、或者误码率要求不是很高的情况下，Viterbi译码器设备比较简单，计算速度快，因而Viterbi译码器被广泛应用于各种领域。目前Matlab已经成为国际上最流行的软件之一，它除了传统的交互式编程外，还提供了丰富可靠的矩阵运算。图形绘制、数据处理、图象处理、方便的Windows编程等便利工具。出现了各种以Matlab为基础的使用工具箱，广泛的应用于自动控制、图像信号处理、生物医学工程、语言处理、雷达工程、信号分析、震动理论、时序分析与建模、化学统计3学、优化设计等领域，并表现出一般高级语言难以比拟的优势。在程序设计中，我们没有采用MATLAB自带的编码函数而是采用了自己的编码函数对卷积码编码，最后以截图的形式将仿真结果附在论文中。3、可行性分析卷积码是一种纠错编码，纠错编码己有五十几年历史，早在1948年，香农(Shannon)在他的开创性论文“通信的数学理论”中，首次阐明了在有扰信道中实现可靠通信的方法，提出了著名的有扰信道编码定理，奠定了纠错码的基石。以后，纠错码受到了越来越多的通信和数学工作者，特别是数学家的重视，使纠错码无论在理论上还是在实际中都得到了飞速发展。通过编写卷积码的编码和解码程序，并且用MATLAB仿真软件对TD-SCDMA系统的卷积码编解码进行仿真，进行纠错验证可以看出卷积码编译码对差错控制有很大的应用。通过对误码率的分析，得出结论：当编码约束长度不大、或者误码率要求不是很高的情况下，当码率一定时，随着信道噪声的逐渐减小，系统的误比特率也逐渐减小。当改变系统码率时，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。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。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，随着约束长度的逐渐增加，系统的误比特率明显降低，所以说当码率一定时，增加约束长度可以降低系统的误比特率，但是，随着约束长度的增加，译码设备的复杂性也会随之增加。所以对于码率为1/2的卷积码，在选取约束长度时一般为3~9。三、进度安排1--3周：调研、学习与课题有关的理论知识；查阅和搜集与课题有关的文献和资料；根据题目要求拟订方案，形成总体设计思想，撰写开题报告。4—7周：设计硬件电路，并在实验室中连接硬件线路。8—12周：对系统的软件进行设计。13—15周：软硬联调，模拟运行，完成系统的调试。16—19周：进行结果分析，并撰写毕业论文，准备答辩。4五、参考文献[1]邓华．Matlab通信仿真及应用[M]．北京：人民邮电出版社，2000．[2]张忠培，史治平，王传丹编著.现代编码理论与应用.北京：人民邮电出版社.2007[3]张青春,王坤,杜建礼.Ka频段固定卫星通信Turbo码性能仿真[J].电子测量技术，2007，30(1):116-119[4]樊昌信,张甫栩,吴成柯等.通信原理[M]，北京：国防工业出版社，2001[5]蔡涛等译．无线通信原理与应用[M]．北京：电子工业出版社，1999：174-179．[6]仇佩亮．《信息论与编码》高等教育出版社.[7]徐文燕．通信原理[M].北京：北京邮电学院出版社，2008[8]王新梅，肖国镇．纠错码原理与方法[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2001．[9]樊昌信，曹丽娜．通信原理．第六版[M]．北京：国防工业出版社，2008．4-5．[10]孟夏,申敏,王飞.TD-SCDMA中(2,1,9)卷积编码及其VITERBI译码算法的SIMULINKS-FUNCTION实现[J].通信技术,2008,41(8):26-30.[11]王新梅，肖国镇．纠错码一原理与方法．西安，西安电子科技大学出版社，2001,4．