1、交织编码的Systemview仿真课程设计报告讲解通信原理课程设计交织编码Systemview仿真 差错编码系统仿真 张 旭 201100120146张 昊 201100120179卓建森 201100120197 目 录一、引言.2二、基本原理.31 差错控制编码的介绍.32 交织编码.63 Systemview仿真软件介绍.8三、交织编码仿真实验.91 课程设计的目的.92 交织编码实验原理.93 数据波形图.10 4 实验现象分析.13四、总结.13五、参考文献.14 1、引言随着通信技术的飞速发展，数字信息的存储和交换日益郑家，对于数据传输过程中的可靠性要求也越来越高，数字通信要求传输
2、过程中所造成的数码差错足够低。数字信号在传输过程中，由于受到干扰的影响，码元波形将变坏。接收端收到后可能发生错误判决。由乘性干扰引起的码间串扰，可以采用均衡的办法纠正。而加性干扰的影响则需要用其他办法解决。在设计数字通信系统时，应该首先从合理选择调制制度、解调方法以及发送功率等方面考虑，使加性干扰不足以影响达到误码率要求。在仍不能满足要求时，就要考虑采用差错控制措施了。一些通用的系统，其误码率要求因用途而异，也可以把差错控制作为附加手段，在需要时加用。在实际的通信系统中，由于信道传输特性不理想以及加性噪声的影响，传输的信息中不可避免地会发生错误，影响通信系统的传输可靠性。随着数字通信技术的发展
3、，各种业务对系统误码率的要求也逐渐提高，采用差错控制编码技术是提高数字通信可靠性的有效办法之一。差错控制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一些监督码元，是信息码元与监督码元之间具有某种相关性。接收端通过检验这种相关性是否存在来判断在传输过程中是否出现了误码。线性分组码、巴克码、CRC冗余校验码等都是目前较为流行的差错控制编码技术之一。2、基本原理1、差错控制编码的介绍1.1差错控制编码在实际信道传输数字信号的过程中，引起传输差错的根本原因在于信道内存在的噪声以及信道传输特性不理想所造成的码间串扰。为了提高数字传输系统的可靠性，降低信息传输的差错率，可以利用均衡技术消除码
4、间串扰，利用增大发射功率、降低接收设备本身的噪声、选择好的调制制度和解调方法、加强天线的方向性等措施，提高数字传输系统的抗噪性能，但上述措施也只能将传输差错减小到一定程度。要进一步提高数字传输系统的可靠性，就需要采用差错控制编码，对可能或已经出现的差错进行控制。差错控制编码是在信息序列上附加上一些监督码元，利用这些冗余的码元，使原来不规律的或规律性不强的原始数字信号变为有规律的数字信号；差错控制译码则利用这些规律性来鉴别传输过程是否发生错误，或进而纠正错误。原始数字信号是分组传输的，例如每k个二进制码元为一组（称为信息组），经信道编码后转换为每n个码元一组的码字（码组），这里nk，分组码通常表
5、示为（n，k）。可见，信道编码是用增加数码，利用“冗余”来提高抗干扰能力的，也就是以降低信息传输速率为代价来减少错误的，或者说是用削弱有效性来增强可靠性的。1.2 差错控制方式常用的差错控制方式主要有三种：前向纠错（简称FEC）、检错重发（简称ARQ）和混合纠错（简称HEC），它们的结构如图1所示。图中有斜线的方框图表示在该端进行错误的检测。前向纠错系统中，发送端经信道编码后可以发出具有纠错能力的码字；接收端译码后不仅可以发现错误码，而且可以判断错误码的位置并予以自动纠正。然而，前向纠错编码需要附加较多的冗余码元，影响数据传输效率，同时其编译码设备比较复杂。但是由于不需要反馈信道，实时性较好，
6、因此，这种技术在单工信道中普遍采用，例如无线电寻呼系统中采用的POGSAG编码等。检错重发方式中，发送端经信道编码后可以发出能够检测出错误能力的码字；接收端收到后经检测如果发现传输中有错误，则通过反馈信道把这一判断结果反馈给发送端。然后，发送端把前面发出的信息重新传送一次，直到接收端认为已经正确后为止。常用的检错重发系统有三种，即停发等候重发、返回重发和选择重发。图1 差错控制方式混合纠错方式是前向纠错方式和检错重发方式的结合。在这种系统中发送端不但具有纠正错误的能力，而且对超出纠错能力的错误有检测能力。遇到后一种情况时，系统可以通过反馈信道要求发送端重发一遍。混和纠错方式在实时性和译码复杂性
7、方面是前向纠错和检错重发方式的折衷。1.3 差错控制编码的分类在差错控制系统中，信道编码存在着多种实现方式，同时信道编码也有多种分类方法。（1）按照信道编码的不同功能，可以将它分为检错码和纠错码。检错码仅能检测误码，例如，在计算机串口通信中常用到的奇偶校验码等；纠错码可以纠正误码，当然同时具有检错的能力，当发现不可纠正的错误时可以发出出错指示。（2）按照信息码元和监督码元之间的检验关系，可以将它分为线性和非线性码。若信息码元与监督码元之间的关系为线性关系，即满足一组线性方程式，称为线性码；否则，称为非线性码。（3）按照信息码元和监督码元之间的约束方式不同，可以将它分为分组码和卷积码。在分组码中
8、，编码后的码元序列每n位分为一组，其中k位信息码元，r个监督位，r = n-k。监督码元仅与本码字的信息码元有关。卷积码则不同，监督码元不但与本信息码元有关，而且与前面码字的信息码元也有约束关系。（4）按照信息码元在编码后是否保持原来的形式，可以将它分为系统码和非系统码。在系统码中，编码后的信息码元保持原样不变，而非系统码中的信息码元则发生了变化。除了个别情况，系统码的性能大体上与非系统码相同，但是非系统码的译码较为复杂，因此，系统码得到了广泛的应用。（5）按照纠正错误的类型不同，可以将它分为纠正随机错误码和纠正突发错误码两种。前者主要用于发生零星独立错误的信道，而后者用于对付以突发错误为主的
9、信道。（6）按照信道编码所采用的数学方法不同，可以将它分为代数码、几何码和算术码。其中代数码是目前发展最为完善的编码，线性码就是代数码的一个重要的分支。除上述信道编码的分类方法以外，还可以将它分为二进制信道编码和多进制信道编码等等。同时，随着数字通信系统的发展，可以将信道编码器和调制器统一起来综合设计，这就是所谓的网格编码调制（TCM Trellis Coded Modulation）。1.4 差错控制编码原理信道编码的基本思想就是在被传送的信息中附加一些监督码元，在收和发之间建立某种校验关系，当这种校验关系因传输错误而受到破坏时，可以被发现甚至纠正错误，这种检错与纠错能力是用信息量的冗余度来
10、换取的。下面将介绍几个与信道编码有关的基本概念：（1）码长：码字中码元的数目；（2）码重：码字中非0数字的数目；对于二进制码来讲，码重W就是码元中1的数目，例如码字10100，码长n = 5，码重W = 2。（3）码距：两个等长码字之间对应位不同的数目，有时也称作这两个码字的汉明距离，例如码字10100与11000之间的码距d = 2。（4）最小码距：在码字集合中全体码字之间距离的最小数值。对于二进制码字而言，两个码字之间的模二相加，其不同的对应位必为1，相同的对应位必为0。因此，两个码字之间模二相加得到的码重就是这两个码字之间的距离。以二进制分组码的纠错过程为例，可以较为详细地说明纠错码检错
11、和纠错的基本原理。分组码对于数字序列是分段进行处理的，设每一段有k个码元组成（称作长度为k的信息组），由于每个码元有0或1两种值，故共有个不同的状态。每段长为k的信息组，以一定的规则增加r个多余度码元（称为监督元），监督这k个信息元，这样就组成长度为n k+r的码字（又称n重）。共可以得到个长度为n码字，它们通常被称为许用码字。而长度为n的数字序列共有2n种可能的组合，其中 -个长度为n码字未被选用，故称它们为禁用码字。上述个长度为n的许用码字的集合称为分组码。分组码能够检错或纠错的原因是存在 -多余度码字，或者说在 码字中有禁用码字存在。纠错码的抗干扰能力完全取决于许用码字之间的距离，码的最
12、小距离越大，说明码字间的最小差别越大，抗干扰能力就越强。因此，码字之间的最小距离是衡量该码字检错和纠错能力的重要依据，最小码距是信道编码的一个重要的参数。信道编码的任务就是要根据不同的干扰特性，设计出编码效率高、纠错能力强的编码。在实际设计过程中，需要根据具体指标要求，尽量简化编码实现的复杂度，节省设计费用。2、交织编码交织编码是在实际移动通信环境下改善移动通信信号衰落的一种通信技术。将造成数字信号传输的突发性差错，利用交织编码技术可离散并纠正这种突发性差错，改善移动通信的传输特性。2.1 交织编码的决定因素交织深度越大，则离散度越大，抗突发差错能力也就越强。但交织深度越大，交织编码处理时间越
13、长，从而造成数据传输时延增大，也就是说，交织编码是以时间为代价的。因此，交织编码属于时间隐分集。在实际移动通信环境下的衰落，将造成数字信号传输的突发性差错。利用交织编码技术可离散并纠正这种突发性差错，改善移动通信的传输特性。2.2 交织编码原理在实际通信系统中常常存在突发性错误。突发错误一般是一个错误序列。纠正突发错误的通常采用交织编码。交织编码的基本思路是，将i个能纠t个错的分组码（n，k）中的码元比特排列成i行n列的方阵。每个码元比特记作B（i，n）。交织前如果遇到连续j个比特的突发错误（用阴影方块表示），且jt，对其中的连续两个码组而言，错误数已远远大于纠错能力t，因而无法正确对出错码组
14、进行纠错。交织后，总的比特数不变，传输次序由原来的B（1，1），B（1，2），B（1，3）B（1，n），B（2，1），B（2，2），B（2，3）B（2，n），B（i，1），B（i，2），B（i，3）B（i，n）转变为B（1，1），B（2，1），B（3，1）B（i，1），B（1，2），B（2，2），B（3，2）B（i，2）B（1，n），B（2，n），B（3，n），B（i，n）的次序。此时因干扰或衰落引起的突发错误图样正好落在分组码的纠错能力范围内，可以正确纠错错误。通常把码组数i称为交织度，用这种方法构造的码称为交织码。 使用交织编码的好处是提高了抗突发错误的能力但不增加新的监督码元，从而不会降低编码效率。理论上交织度i越大，抗突发错误的能力就越强，但是要求译码器的暂存区就越大，而且译码延时也相应加大。因此，实际工程中会根据设计成本和系统的延时要求选取合适的i。 信息码元 比特输出方向 监督码元B1,1B1,2B1,3
