湖南科技大学信息与电气工程学院课程设计报告课程：通信原理题目：卷积码的仿真专业：电子信息工程班级：电子二班姓名：高二奎学号： 1104030205任务书目录一、任务与要求 (4)1.1设计的目的 (4)1.2 设计的基本内容 (4)二、卷积码的介绍 (4)2.1 卷积码的介绍 (4)2.2 编码原理 (4)2.3 译码原理 (7)三、SystemView软件简介 (8)3.1 SystemView基本特点 (8)3.2 各单元模块功能介绍及电路设计 (8)3.3 各模块的原理及介绍 (10)3.4 图符库选择按钮 (10)3.5 system view 的操作步骤 (11)3.6 分析窗的接收计算器 (12)四、系统仿真和调试 (12)4.1 系统仿真 (12)4.2 调试结果 (13)五、总结 (15)5.1 设计小结 (15)5.2 心得体会 (15)参考文献 (16)一、任务与要求1.1设计的目的这次的课程设计就是基于SystemView软件的卷积码仿真设计，要学会运用SystemView，理解卷积码系统的原理，并用SystemView进行仿真设计。

1.2 设计的基本内容SystemView是一种动态系统分析软件，也是一个非常好的仿真工具。

它能按照物理概念直接建立分析和仿真，对通信技术的发展起到很大的作用。

本次课程设计就是利用软件SystemView对卷积码进行可视化仿真，对信息数据的编码，传输及译码等功能的实现，充分展示了SystemView在通信仿真中灵活的应用实例。

二、卷积码的简介2.1 卷积码介绍非分组码的卷积码的编码器是在任一段规定时间内产生n个码元，但它不仅取决于这段时间中的k个信息位，还取决于前(K-1)段规定时间内的信息位，这K段时间内的码元数目为K·k，称参数K为卷积码的约束长度，每k 个比特输入，得到n比特输出，编码效率为k/n，约束长度为K。

在k=1的条件下，移位寄存器级数m=K-1。

卷积码一般可用(n，k，K)来表示，其中k为输入码元数，n为输出码元数，而K则为编码器的约束长度。

典型的卷积码一般选n和k ( k< n ) 值较小，但约束长度K可取较大值(K<10)，以获得既简单又高性能的信道编码[6]。

卷积码是1955年Elias最早提出，1957年Wozencraft提出了序列译码。

1963年Massey提出了一种性能稍差，但比较实用的门限译码方法。

1967年维特比(Viterbi)提出了最大似然译码。

它对存储器级数较小的卷积码的译码很容易实现，称为维特比算法或维特比译码。

图1、二进制卷积码的编码器图2给出了（3，1，2）二进制卷积码编码器。

在每一时间单位，输入一个比特信息i m ，同时存贮器内的数据向右移一位，产生3个比特的输出i c ，其中一个是输入比特i m ，两个是校验比特,1i p ，,2i p 。

图2由图可知：,12,212i i i i i i i p m m p m m m ---=⊕=⊕⊕因为校验比特是输入信息元i m 的模2和，它们是线性关系，所以这类卷积码是线性码。

称i c 为卷积码的一个子码或码段，它不仅与当前输入信息有关，还与前2个（m ）时间单位的输入信息有关，即和前2个子码有关；而且i m 要经过2个时间单位才能移出存贮器，所以i c 也参与了后2个子码中的校验运算，称1N m =+为编码约束度，说明编码过程中互相约束的码段个数。

本例的编码约束度为3。

m 或N 是表示卷积码编码器复杂性的一个重要参数。

m 或N 越大，编码器和译码器越复杂，但卷积码的纠错能力也越强。

因此这是一对矛盾，在具体设计时要根据应用要求进行折衷处理，选择适当的码型。

卷积码的描述方式为解析法和图解法两类。

解析法包括矩阵形式和生成多项式形式，图解法包括树图、状态图和网格图。

图3 卷积码的树图表示图4卷积码的网格图图5卷积码的状态图2.3 译码原理采用概率译码的基本思想是：把已接收序列与所有可能的发送序列做比较，选择其中码距最小的一个序列作为发送序列。

如果发送L组信息比特，那么对于(n,k)卷积码来说，可能发送的序列有2kL个，计算机或译码器需存储这些序列并进行比较，以找到码距最小的那个序列。

当传信率和信息组数L较大时，使得译码器难以实现。

维特比算法则对上述概率译码做了简化，以至成为了一种实用化的概率算法。

它并不是在网格图上一次比较所有可能的2kL 条路径(序列)，而是接收一段，计算和比较一段，选择一段最大似然可能的码段，从而达到整个码序列是一个最大似然值得序列。

下面以图6的(2，1，3)卷积码编码器所编出的码为例，来说明维特比解码的方法和运作过程。

为了能说明解码过程，这里给出该码的状态图，如图7所示。

根据卷积码画网格的方法，我们可以画出该码的网格图，如图8所示。

该图设输入信息数目L=5，所以画L+N=8个时间单位，图中分别标以0至7。

这里设编码器从a 状态开始运作。

该网格图的每一条路径都对应着不同的输入信息序列。

由于所有可能输入信息序列共有2kL 个，因而网格图中所有可能的路径也为2kL 条。

这里节点a=00，b=01，c=10，d=11。

设输入编码器的信息序列为(11011000)，则由编码器对应输出的序列为Y=(1101010001011100)，编码器的状态转移路线为abdcbdca 。

若收到的序列R=(0101011001011100),对照网格图来说明维特比译码的方法。

a bc d节点号1234567图8 (2,1,3)卷积码网格图由于该卷积码的约束长度为6位，因此先选择接收序列的前6位序列R1=(010101)同到达第3时刻的可能的8个码序列(即8条路径)进行比较，并计算出码距。

该例中到达第3时刻a 点的路径序列是(000000)和(111011)，他们与R1的距离分别为3和4；到达第3时刻b 点的路径序列是(000011)和(111000)，他们与R1的距离分别为3和4；到达第3时刻c 点的路径序列是(001110)和(110101)，他们与R1的距离分别为4和1；到达第3时刻d 点的路径序列是(001101)和(110110)，他们与R1的距离分别为2和3。

上述每个节点都保留码距较小的路径作为幸存路径，所以幸存路径码序列是(000000)、(000011)、(1101001)和(001101)，如图9所示。

用于上面类似的方法可以得到第4、5、6、7时刻的幸存路径。

三、SystemView 软件简介3.1 SystemView 基本特点System View 是美国ELANIX 公司推出的，基于Windows 环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)描述程序。

利用System View ，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。

用户在进行系统设计时，只需从System View 配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。

3.2 各单元模块功能介绍及电路设计1）系统设计窗口启动SystemView 后就会出现如图所示的系统设计窗口，它包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计窗工作区。

a b c d节点号 0123图9 维特比译码第3时刻幸存路径图3.1系统设计窗口系统视窗最上边一行为主菜单栏，包括：文件（File）、编辑（Edit）、参数优选（Preferences）、视窗观察（View）、便笺（NotePads）、连接（Connetions）、编译器（Compiler）、系统（System）、图符块（Tokens）、工具（Tools）和帮助（Help）共11项功能菜单。

与最初的SystemView1.8相比，SystemView3.0的操作界面和对话框布局有所改变。

2）定时窗口:图3.2 SystemView系统定时窗口设定系统定时窗口：此窗口定义系统仿真的起始和终止时间（Start Time and Stop Time）、采样率（Sample Rate）、采样间隔（Time Spacing）、采样点表（No.ofSamples）、频率分辨率（Freq.Res.）和系统的循环次数（No.of System Loops）。

系统仿真之前首先必须定义这些参数，系统定时直接控制系统的仿真。

同时系统定时的设定直接影响系统仿真的精度，所以选取参数必须十分注意，这也是我们应重点注意的内容，采样频率过高会增加仿真的时间，过低则有肯能得不到正确的仿真效果。

3.3 各模块的原理及介绍1）SystemView工具条图标介绍图3.3SystemView工具条以上工具条包括许多常用功能的图标快捷键，分别为：清除工作区、删除按钮、断开图符、间连接连接按钮、复制按钮、图符翻转、创建便笺、创建子系统、显示子系统、根轨迹、波特图、画面重画、停止仿真、开始仿真、系统定时、分析窗口。

3.4 图符库选择按钮在设计窗口中间的大片区域就是设计区域，也就是供用户搭建各种系统的地方。

在设计窗口的最上端一行是下拉式命令菜单行，通过调用这些菜单可以执行System View的各项功能；设计窗口中菜单行的下面，紧邻在设计区域上端一行是工具栏，它包含了在系统设计、仿真中可能用到的各种操作按钮；在工具栏的最右端是提示信息，当鼠标置于某一工具按钮上时,在该处会显示对该按钮的说明和提示信息；紧邻在设计区域左端是各种器件图标库，下面介绍些常用的几个库图标，如表3-1所示。

表3-1 常用图标3.5 system view 的操作步骤(一) 选择设置信号源（Source）选中该图标并按住鼠标左键将其拖至设计区内，这时所选中的图标会出现在设计区域中。

双击设计窗口中的图标后，弹出的对话框，通过Periodic Noise/PN Aperiodic和Import按钮进行分类选择和调用。

选中后单击对话框中的参数按钮Parameters，在出现的参数设置对话框中设置幅度、频率、相位。

完成后分别单击参数设置和源库对话框的按钮OK，从而完成该图标的设置。

（二）选择设置分析窗（Sink）当需要对系统中各测试点或某一图标输出进行观察时，则应放置一个分析窗（Sink）图标，一般将其设置为“Analysis”属性。

Analysis图标相当于示波器或频谱仪等仪器的作用，它是最常使用的分析型图标之一。

具体操作和信号源设置类似。

（三）系统定时（System Time）System View系统是一个离散时间系统。

在每次系统运行之前，首先需要设定一个系统频率。