信道编解码的matlab仿真及性能研究(附件)【字数：19202】
摘 要摘 要数字信号在信息传输时仅包含有限的信息量，为了得到很好的传输效果，人们便研究出了不同类别的编码技术，而为了信息在信道上可以尽可能的正确传输，这就产生了信道编码。信道编码可分为两个层次一是对于载有信息的信号怎样才可以准确的接收它；二是即使已经产生了少量差错信号又怎样减少这些差错信号对信息的内容的影响。本文主要介绍的信道编码属于第二个层次，研究的是怎样在合适的条件下使用恰当的信道编解码方法。为了证明选取的信道编解码方法是否具有优良的传输性能，本文使用了MATLAB对这些信道编码进行仿真，并对其性能进行分析，其中选取的信道编码包括有汉明码（生成矩阵编码，伴随式译码），循环码（多项式编码，捕错译码），卷积码（网格图编码，软判决Viterbi译码），Turbo码（并行级联编码，迭代译码），LDPC码（基于Q矩阵编码，和计算法译码）。关键词MATLAB仿真，循环码，卷积码，Turbo码，LDPC码
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景及研究的目的和意义 1
1.2 信道编码的种类 2
1.2.1 差错控制系统 2
1.2.2 信道编码的分类 2
1.3 常用信道编译码的方法 3
1.4 信道编码的应用 3
1.5 本文的主要内容 4
第二章 线性分组码 5
2.1 基本原理 5
2.1.1 线性分组码的定义 5
1.1.2 生成矩阵与校验矩阵 6
2.2 汉明码 7
2.2.1 汉明码的编码方法 8
2.2.2 汉明码的译码方法 8
2.2.3 MATLAB仿真及性能分析 10
2.3 循环码 12
2.3.1 循环码的定义 12
2.3.2 循环码编码方法 13
2.3.2 循环码译码方法 14
2.3.4 MATLAB仿真及性能分析 17
2.4 本章小结 18
第三章 卷积码 20
3.1 卷积码的定义 20
3.2 卷积码的编码方法 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
/> 3.3 卷积码译码方法 22
3.4 MATLAB仿真及性能分析 23
3.5 本章小结 25
第四章 Turbo码 26
4.1 Turbo码定义 26
4.2 Turbo码编码方法 26
4.3 Turbo码译码方法 28
4.4 MATLAB仿真及性能分析 29
4.5 本章小结 31
第五章 低密度奇偶校验码(LDPC) 32
5.1 LDPC码的定义 32
5.2 LDPC码编码方法 33
5.3 LDPC码译码方法 35
5.4 MATLAB仿真及性能分析 37
5.5 本章小结 38
第六章 全文总结 39
致 谢 40
参 考 文 献 41
第一章 绪论
本章主要介绍信道编码类别，发展等基本知识，以及有关于MATLAB在通信系统的应用以及信道编解码的发展状况。
1.1 课题背景及研究的目的和意义
在数字通信系统中除了信息源新宿之外，信道的编解码地位也很高，它主要是提高信息传输系统的可靠性。所谓可靠性指的是在现实生活中，无论使用哪一种手段来对信息传输，不可避免的会引入失真，例如在使用手机接打电话时，如果周围有变压器之类拥有一定磁场的物体，可能你在电话之中只能听到杂音，这就是一种失真。所以为了提高可靠性，可以采用信道码对信道进行编解码减少传输之中出现的错误。1948年信息论的奠基人C.E.Shannon给出了有噪信道编码理论，这为以后信道码的研究和发展提供了思路和方向[1]。
图11构造出整个数字通信系统的模型并给出编码信道的结构组成。
/
图11数字通信系统模型
如图所示，其中编码信道包括调制器、发射设备、传输媒质、解调器。每个器件都不可或缺，为了更加清晰的表明编码信道，本图还把其他和编码信道有别的器件尽可能结合在一起，比如对于编码器应该包含信源编码器与信道编码器，解码器也是同理。信息的系统工作流程为先使用一定的手段对于发送的消息经过处理，后通过能够造成失真的信道，最后通过解调传到接收端。编码信道的作用就是使接收的消息与输入的消息只有少量错误或无失真。例如，当任意的数字序列输入到编码器，在此基础上人为的再给此序列加上一些其他的码元（冗余信息），编码器就是解决如何使多余码元与原序列“完美结合”（编码）。然后通过信道（空气、光纤等）后在接收端基本无误“分解”（译码）出原序列。
1.2 信道编码的种类
1.2.1 差错控制系统
在数字通信系统之内，使用信道编码来达到差错控制的方式主要有：前向纠错，重传反馈和混合纠错等几种方法[2]。
前向纠错作为一种优秀的纠错方法，一直是人们关注的重点。可以这样概括它：在经过一定的可逆的规则或手段对输入序列进行处理后进行传输，当然对于信道也得有一定的了解，确保信道不能破化所制定的规则，最后在接收端是使用逆规则重新恢复出原序列即可。当然它也有明显的缺点那就是一旦信道比较复杂，就得设计出可以完美涵盖这种复杂性的规则，这就更加困难了。
与前向纠错不同，重反馈方式相当于多加了一条“反馈信道”：对于发送的原始序列同样经过手段处理，但是接收端译码接收后必须重新把信息发送给发送端确认是否正确接收，是否还需重发。显然它的优点是传输几乎无错，但是反馈信道工作时必定要消耗一定的时间，这对一些实时性要求较高的传输系统来说显然是不适合的。
混合纠错方式则相当于把两者的优点融合在一起，对于一些可以自动的判别与排除错误的码则不需要经过反馈直接译码接收，而对于不能正确检纠错的码则重传。同理它也占用一些信道资源。
1.2.2 信道编码的分类
信道编码分类的规则多种多样但又各具特色：
(1)对于接收到的信息中的错误是否可以排查：检错码只检错；纠错码既能检错又可纠错；纠删码则既可纠正又可删除错误。
(2)原始序列与译码得到的序列是否满足一定的关系：如满足线性关系为线性码，否则，称为非线性码。
发送码元与接收码元是否均可以取多个值：二进制称为二元码，其码元取值只有0，1；多进制码称为多元码，它的码元取值有多个。
(4)对信息序列使用的编译码方法是否有较大区别：分组码是信息分组编码，码组之间无关的编码方法；卷积码存在编码的有记忆性，可通过实现连续编码；级联码是指由分组码和卷积码级联构成信道码的方法[2]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景及研究的目的和意义 1
1.2 信道编码的种类 2
1.2.1 差错控制系统 2
1.2.2 信道编码的分类 2
1.3 常用信道编译码的方法 3
1.4 信道编码的应用 3
1.5 本文的主要内容 4
第二章 线性分组码 5
2.1 基本原理 5
2.1.1 线性分组码的定义 5
1.1.2 生成矩阵与校验矩阵 6
2.2 汉明码 7
2.2.1 汉明码的编码方法 8
2.2.2 汉明码的译码方法 8
2.2.3 MATLAB仿真及性能分析 10
2.3 循环码 12
2.3.1 循环码的定义 12
2.3.2 循环码编码方法 13
2.3.2 循环码译码方法 14
2.3.4 MATLAB仿真及性能分析 17
2.4 本章小结 18
第三章 卷积码 20
3.1 卷积码的定义 20
3.2 卷积码的编码方法 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
/> 3.3 卷积码译码方法 22
3.4 MATLAB仿真及性能分析 23
3.5 本章小结 25
第四章 Turbo码 26
4.1 Turbo码定义 26
4.2 Turbo码编码方法 26
4.3 Turbo码译码方法 28
4.4 MATLAB仿真及性能分析 29
4.5 本章小结 31
第五章 低密度奇偶校验码(LDPC) 32
5.1 LDPC码的定义 32
5.2 LDPC码编码方法 33
5.3 LDPC码译码方法 35
5.4 MATLAB仿真及性能分析 37
5.5 本章小结 38
第六章 全文总结 39
致 谢 40
参 考 文 献 41
第一章 绪论
本章主要介绍信道编码类别，发展等基本知识，以及有关于MATLAB在通信系统的应用以及信道编解码的发展状况。
1.1 课题背景及研究的目的和意义
在数字通信系统中除了信息源新宿之外，信道的编解码地位也很高，它主要是提高信息传输系统的可靠性。所谓可靠性指的是在现实生活中，无论使用哪一种手段来对信息传输，不可避免的会引入失真，例如在使用手机接打电话时，如果周围有变压器之类拥有一定磁场的物体，可能你在电话之中只能听到杂音，这就是一种失真。所以为了提高可靠性，可以采用信道码对信道进行编解码减少传输之中出现的错误。1948年信息论的奠基人C.E.Shannon给出了有噪信道编码理论，这为以后信道码的研究和发展提供了思路和方向[1]。
图11构造出整个数字通信系统的模型并给出编码信道的结构组成。
/
图11数字通信系统模型
如图所示，其中编码信道包括调制器、发射设备、传输媒质、解调器。每个器件都不可或缺，为了更加清晰的表明编码信道，本图还把其他和编码信道有别的器件尽可能结合在一起，比如对于编码器应该包含信源编码器与信道编码器，解码器也是同理。信息的系统工作流程为先使用一定的手段对于发送的消息经过处理，后通过能够造成失真的信道，最后通过解调传到接收端。编码信道的作用就是使接收的消息与输入的消息只有少量错误或无失真。例如，当任意的数字序列输入到编码器，在此基础上人为的再给此序列加上一些其他的码元（冗余信息），编码器就是解决如何使多余码元与原序列“完美结合”（编码）。然后通过信道（空气、光纤等）后在接收端基本无误“分解”（译码）出原序列。
1.2 信道编码的种类
1.2.1 差错控制系统
在数字通信系统之内，使用信道编码来达到差错控制的方式主要有：前向纠错，重传反馈和混合纠错等几种方法[2]。
前向纠错作为一种优秀的纠错方法，一直是人们关注的重点。可以这样概括它：在经过一定的可逆的规则或手段对输入序列进行处理后进行传输，当然对于信道也得有一定的了解，确保信道不能破化所制定的规则，最后在接收端是使用逆规则重新恢复出原序列即可。当然它也有明显的缺点那就是一旦信道比较复杂，就得设计出可以完美涵盖这种复杂性的规则，这就更加困难了。
与前向纠错不同，重反馈方式相当于多加了一条“反馈信道”：对于发送的原始序列同样经过手段处理，但是接收端译码接收后必须重新把信息发送给发送端确认是否正确接收，是否还需重发。显然它的优点是传输几乎无错，但是反馈信道工作时必定要消耗一定的时间，这对一些实时性要求较高的传输系统来说显然是不适合的。
混合纠错方式则相当于把两者的优点融合在一起，对于一些可以自动的判别与排除错误的码则不需要经过反馈直接译码接收，而对于不能正确检纠错的码则重传。同理它也占用一些信道资源。
1.2.2 信道编码的分类
信道编码分类的规则多种多样但又各具特色：
(1)对于接收到的信息中的错误是否可以排查：检错码只检错；纠错码既能检错又可纠错；纠删码则既可纠正又可删除错误。
(2)原始序列与译码得到的序列是否满足一定的关系：如满足线性关系为线性码，否则，称为非线性码。
发送码元与接收码元是否均可以取多个值：二进制称为二元码，其码元取值只有0，1；多进制码称为多元码，它的码元取值有多个。
(4)对信息序列使用的编译码方法是否有较大区别：分组码是信息分组编码，码组之间无关的编码方法；卷积码存在编码的有记忆性，可通过实现连续编码；级联码是指由分组码和卷积码级联构成信道码的方法[2]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/972.html
