信道编码仿真实践

信道编码仿真实践

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温州大学物理与电子信息工程学院

摘要：本文通过阐述通信系统的基础理论，着重分析信道理论及信道编码方式，采用蒙特卡罗计算机仿真方法，

利用MATLAB 提供的可视化工具Simulink 建立了信道编码的仿真模型，详细讲述了各编码方式的设计。在给定仿

真条件下，运行了仿真程序，对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，得出了信道编码就是在发送端的信息码元序列中，以某种确定的编码规则，加入监督

码元，在接受端再利用该规则进行检查识别，从而发现错误、纠正错误。

关键词：通信系统；信道；信噪比；误码率；信道编码

The Simulation Practice of the Channel Coding

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College of physics and electronic information engineering of Wenzhou University

Abstract: This article through the elaboration communications system basic theory, analyzes the channel theory and the channel coding way emphatically, uses the Monte Carlo computer simulation method, provided visualization tool Simulink using MATLAB to establish the channel coding simulation model, in detail narrated each encoding method design.In assigns under the simulation condition, moved the simulated program, has carried on the simulation performance test and the discussion to in the binary bipolarity communications system several kind of basic channel coding, and embarks from the actual angle, has carried on the preliminary simulation to in the wide frequency correspondence channel coding, obtained has used the cascade code in the binary bipolarity wide frequency communications system, could realize the channel multiplying and the error code performance win-win conclusion.

Key words: Communications system; Channel; Signal-to-noise ratio; Error rate; Channel coding

1 背景知识

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、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。信道编码的本质是增加通信的可靠性。但信道编码会使有用的信息数据传输减少，信道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的。在带宽固定的信道中，总的传送码率也是固定的，由于信道编码增加了数据量，其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价了。利用信道编译码，可以显著改善信息在传输过程中的错误概率指标，有效增强系统抗干扰能力，提高数字通信系统的可靠性。

信道编码一般分为两类：分组编码和卷积编码。

2、基本原理

2.1 分组编码

在分组编码中，二进制信源输入序列被划分为长度k的码字组。每个长度k的码字被映射为

长度n 的码字，映射关系是相互独立的，编码器的输出仅仅与当前k 个信源输入比特有关，而与以前的序列无关。从而由长度n 的码字组构成分组编码后的二进制信道输入序列，编码速率为k/n 比特/次，记为（n,k ）分组码。

在卷积编码中，也是把k 个信息比特编成长度为n 的信道输入，但该信道输入不但与当前k 个信源输入比特有关，而且还与编码器前（L-1）k 个输入有关。

本次仿真选用以下几种基本信道编码：（7，4）汉明码、（2，1，3）卷积码、级联码 ( 外编码采用（7，4）汉明码，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 ) ，分别进行性能测试，另外，还特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性能测试比较。

2.2 卷积编码

卷积码是一种有记忆的编码，在任意给定的时间单元处，编码器的n 个输出不仅与此时间单元的k 个输入有关，而且也与前m 个输入有关。卷积码通常表示为：（n,k,m ）。

本次仿真采用（2，1，3）卷积码，性能参数如下：

生成矩阵G ： 1 0 1 1 1 1 1 1

编码个数： n=2 信息码个数： k=1 约束长度： N=m+1=4 卷积码的码率：n k R c / =1/2

MATLAB 源程序见附录中程序2。

仿真结果如图12了不同信噪比条件下，发送100000比特的二进制双极性（2，1，3）卷积编码通信系统的蒙特卡罗仿真结果，以及未编码系统的仿真结果和未编码系统的理论值曲线。从仿真结果可见，（2，1，3）卷积编码可以降低二进制双极性通信系统的误码率，从而提高通信的有效性。

需要特别指出的是，仿真时每发送一个码组前后都会将卷积器清零，对此我们可以认为是系统在发送端为同步校准而插入比特0的操作，在接收端这些插入的0比特又会被系统自动去掉。