卷积码编码器及Viterbi译码器的设计

毕业论文（设计）

题目：卷积码编码器及Viterbi译码器的设计

学生姓名：琳

学号：

所在系别：电气信息工程学院

专业名称：通信工程

届次：

指导教师：

目录

前言 (1)

1 卷积码 (2)

1.1卷积码基本概念 (2)

1.2 卷积码的编码 (3)

1.3 卷积码的译码 (3)

1.4 卷积码的 Viterbi 译码 (4)

2.卷积码编码器及Viterbi译码器的设计系统方案制定 (7)

2.1 方案提出 (7)

2.2 方案论证 (7)

2.3方案选择 (9)

2.4硬件实现 (9)

3.卷积码编码器及Viterbi译码器的设计系统的仿真和调试 (9)

3.1仿真软件介绍 (9)

3.2 系统仿真实现 (9)

3.3 卷积码实现 (11)

3.4 数据分析 (13)

4 SIMULINK下仿真设计 (14)

4.1卷积码的仿真 (14)

4.2 SIMULINK模块仿真参数设置及意义 (15)

5总结 (19)

5.1 设计小结 (19)

5.2收获体会 (19)

5.3 展望 (20)

6参考文献： (20)

淮南师范学院2013届本科毕业论文

卷积码编码器及Viterbi译码器的设计

学生：陈琳(指导老师：王千春)

(淮南师范学院电气信息工程学院)

摘要：本毕业设计主要解决对一个卷积码序列进行维特比(Viterbi)译码输出,并通过Matlab软件进行设计与仿真，并进行误码率分析。在毕业设计中，系统开发平

台为Windows Vista Ultimate，程序设计与仿真均采用Matlab R2007a(7.4)，最

后仿真详单与理论分析一致。

关键词：毕业论文；卷积码译码器；Matlab；设计与仿真

Design of the Viterbi Convolutional Code Encoder and Decoder

Student: Chen Lin（Instructor:WANG qian chun）

（Electrical and information engineering college of communication engineering）Abstract ：This course design mainly resolves to a convolutional code sequence for Viterbi Viterbi decoding output, and through the Matlab software to carry on the design

and simulation, and analysis of bit error rate. In curriculum design, system

development platform for Windows Vista Ultimate, program design and

simulation using Matlab R2007a (7.4), and finally the simulation list is consistent

with theoretical analysis.

Key words ：graduation thesis; Convolutional code decoder; Matlab; Design and simulation 前言

本毕业设计主要解决对一个卷积码序列进行维特比(Viterbi)译码输出,并通过Matlab 软件进行设计与仿真。卷积码的译码有两种方法——软判决和硬判决，此毕业设计采用硬判决的维特比译码。

随着现代通信的发展，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，而可靠性尤其重要。卷积码以其高速性和可靠性在实际应用中越来越广泛。1967年Viterbi译码算法的提出，使卷积码成为信道编码中最重要的编码方式之一[1]。

在对卷积码的研究中，其中编码器较简单，模式也很统一。主要是研究提高卷积码

1

卷积码编译器及Viterbi译码器的设计

的译码速度和可靠度。译码算法中最重要的卷积码的Viterbi算法问世以来，软件仿真和实现都得到了迅速发展。目前，利用计算机仿真Viterbi算法，模拟在各种不同情况下（使用不同码率、不同约束度等）卷积编码时的译码性能，寻找Viterbi算法的最佳适用信道和不同要求(如误码率)下最优编码。在卷积码中，因为Viterbi算法效率高，速度快，结构相对简单等特点，被广泛应用于各种数据传输系统。特别是深空通信、卫星通信系统中。在现代信息处理系统中，需要处理的信息量越来越大，实时性要求越来越高。为减少对主处理器各种资源的占用，要求通信模块方面的大部分工作能独立完成。因此采用Viterbi译码算法具有非常现实的意义[2]。

由于卷积码的优良特性，被广泛的应用于深邃通信，卫星通信和2G及3G移动通信中，卷积码有三种译码方法：门限译码，概率译码和Viterbi算法，其中Viterbi算法是一种基于网格图的最大似然译码算法，是卷积码的最佳译码方式，具有效率高、速度快等优点。Viterbi译码充分发挥了卷积码的特点，使译码错误概率达到最小，在码的约束度教小时，它有译码算法效率高，速度快，译码也简单的特点[3]。

这次毕业设计研究卷积码的编码方法和解码方式。编写卷积码的编码和解码程序。掌握卷积码编码及Viterbi译码的基本原理。分析卷积码编码及Viterbi译码的关键技术。对卷积码编码器及Viterbi译码器进行设计。用卷积码编码器及Viterbi译码器进行仿真，并进行性能分析。理解卷积码的编码和解码原理和过程，会通过编码和解码程序对一些卷积码进行仿真。对卷积码编码器及Viterbi译码器进行仿真验证，并分析性能。尽可能对系统进行优化。能运用MATLAB软件进行仿真[4]。

1 卷积码

1.1 卷积码基本概念

卷积码是一种性能优越的信道编码。(n ,k ,N) 表示把 k 个信息比特编成 n 个比特，N 为编码约束长度,说明编码过程中互相约束的码段个数。卷积码编码后的 n 个码元不仅与当前组的 k 个信息比特有关,而且与前 N - 1 个输入组的信息比特有关。编码过程中相互关联的码元有N ×n 个。R = k/ n 是卷积码的码率,码率和约束长度是衡量卷积码的两个重要参数。卷积码的编码描述方式有很多种：冲激响应描述法、生成矩阵描述法、多项式乘积描述法、状态图描述，树图描述，网格图描述等。卷积码的1

纠错能力随着 N 的增加而增大，而差错率随着 N 的增加而指数下降。在编码器复杂性相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。分组码的译码算法可以由其代数特性得到。卷积码虽然可以采用适用于分组码的门限译码(即大数逻辑译码)，但性能不如维特比译码和序列译码[5]。

1.2 卷积码的编码

图1 一种卷积码编码器方框图

图 1卷积码的编码器一般都比较简单。下图1是一般情况下的卷积码编码器框图。它包括：一个由 N 段组成的输入移位寄存器，每段有 k 级，共 Nk 位寄存器；一组 n 个模 2 和相加器；一个由 n 级组成的输出移位寄存器。对应于每段 k 个比特的输入序列，输出 n 个比特。由图可知，n 个输出比特不但与当前 k 个比特的输入比特有关，而且与以前的（N-1）k 个输入信息有关。整个编码过程可以看成是输入信息序列与由移位寄存器和模 2 加法器的连接方式所决定的另一个序列的卷积，卷积码由此得名。

1.3 卷积码的译码

卷积码的译码方式有三种:(1)1963 年由梅西((Massey)提出的门限译码，这是一种基于码代数结构的代数译码，类似于分组码中的大数逻辑译码;(2) 1963 年由费诺(Fano)改进的序列译码，这是基于码的树状图结构上的一种准最佳的概率译码;(3) 1967 年由维特比提出的 Viterbi 算法。这是基于码的网(trellis) 图基础上的一种最

3

大似然译码算法，是一种最佳的概率译码方法。其中，代数译码，利用编码本身的代数结构进行译码，不考虑信道本身的统计特性。该方法的硬件实现简单，但性能较差，其中具有典型意义的是门限译码。另一类是概率译码，这种译码通常建立在最大似然准则的基础上。由于计算是用到了信道的统计特性.因而提高了译码性能，但这种性能的提高是以增加硬件的复杂度为代价的。常用的概率译码方法有维特比译码和序列译码。维特比译码具有最佳性能，但硬件实现复杂;门限译码性能最差，但硬件简单;序列译码在性能和硬件方面介于维特比译码和门限译码之间[6]。

1.4 卷积码的Viterbi 译码

卷积码概率译码的基本思路是:以接收码流为基础，逐个计算它与其他所有可能出现的、连续的网格图路径的距离，选出其中可能性最大的一条作为译码估值输出。概率最大在大多数场合可解释为距离最小，这种最小距离译码体现的正是最大似然的准则。卷积码的最大似然译码与分组码的最大似然译码在原理上是一样的，但实现方法上略有不同。主要区别在于:分组码是孤立地求解单个码组的相似度，而卷积码是求码字序列之间的相似度。基于网格图搜索的译码是实现最大似然判决的重要方法和途径。用格图描述时，由于路径的汇聚消除了树状图中的多余度，译码过程中只需考虑整个路径集合中那些使似然函数最大的路径。如果在某一点上发现某条路径已不可能获得最大对数似然函数，就放弃这条路径，然后在剩下的“幸存”路径中重新选择路径。这样一直进行到最后第L 级(L为发送序列的长度)。由于这种方法较早地丢弃了那些不可能的路径[7]。

1.4.1 维特比译码原理

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[8]。

下面以图2（a）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2(b)所

b

5

图2(a) (2,1,3)卷积码编码器 图2(b) (2,1,3)卷积码状图

示。维特比译码需要利用图来说明移码过程。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3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。

a b

c d

节点号 0

1

2

3

4

5

6

7

1 图3 (2,1,3)卷积码网格图

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[9]。

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R 1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R 1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R 1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4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[10]。

图4 维特比译码第3时刻幸存路径

需要指出的是，对于某个节点，如果比较两条路径与接收序列的累计码距值相等时，则可以任意选者一条路径作为幸存路径，吃时不会影响最终的译码结果。在码的终了时刻a 状态，得到一条幸存路径。如果5所示。由此可看到译码器输出是R ’=(1101010001011100)，即可变换成序列(11011000)，恢复了发端原始信息。比较R’和R 序列，可以看到在译码过程中已纠正了在码序列第1和第7位上的差错。当然如果差错出现太频繁，以致超出卷积码的纠错能力，还是会发生纠误的[11]。

a b c d

节点号

1

2

3

7

图5 第8时刻幸存路径

2.卷积码编码器及Viterbi 译码器的设计系统方案制定

2.1 方案提出

卷积码的译码方式有三种:(1)1963 年由梅西((Massey)提出的门限译码，这是一种基于码代数结构的代数译码，类似于分组码中的大数逻辑译码;(2) 1963 年由费诺(Fano)改进的序列译码，这是基于码的树状图结构上的一种准最佳的概率译码;(3) 1967 年由维特 比提出的 Viterbi 算法。这是基于码的网(trellis)图基础上的一种最大似然译码算法，是一种最佳的概率译码方法[12]。上。由于计算是用到了信道的统计特性.因而提高了译码性能，但这种性能的提高是以增加硬件的复杂度为代价的。常用的概率译码方法有维特比译码和序列译码。维特比译码具有最佳性能，但硬件实现复杂;门限译码性能最差， 但硬件简单;序列译码在性能和硬件方面介于维特比译码和门限译码之间[13]。

2.2 方案论证

图6是卷积码解码原理图，由此图可见，当信息位出现一个错码时，仅当它位于

信息位移存器的第6、3、2和1级时，才使校正子等于“1”。因此，这时校正子序列为100111；反之，当监督位出现一个错码时，校正子序列将为100000。由此可见，当校正

a b c

d

节点号

1 2 3

4 5 6 7 8

子序列出现第一个“1”时，表示已经检出一个错码。此卷积码除了能够纠正两位在约束长度中的随机错误外，还能够纠正部分多于两位的错误。为了克服突发错误，可以采用更长的约束长度和在约束长度中能纠正更多错误的码[14]。

图6 (2，1，6)卷积码解码器原理方框图

2.3 方案选择

由于维特比解码算法比较简单，计算快，故得到广泛应用，特别是卫星通信和蜂窝网通信系统中应用。所以这里选择维特比解码。

2.4 硬件实现

图7译码器硬件实现方框图

3 卷积码编码器及Viterbi译码器的设计系统的仿真和调试

3.1 仿真软件介绍

Matlab是英文MATrix LABoratory(矩阵实验室)的缩写。Matlab自1984年由MathWorks公司推向市场以来，历经20多年的发展和竞争，现在风靡世界。可靠的数值计算和符号计算功能，强大的绘图功能、简单易学的语言体系以及为数众多的应用工具箱是Matlab区别于其他科技应用软件的显著标志[6]。

3.2 系统仿真实现

3.2.1 编码程序

%header,后面的寄存器需补零

for i=1:size(G,2)/k-1 input_matrix=[coder_input(i*k:-1:1),zeros(1,size(G,2)-i*k)];

%取输入序列的前i*k个，其后补0

gg_out=G*input_matrix';

%生成矩阵和寄存器单元中的内容相乘得到输出

for l=1:n channel_input (n*(i-1)+l)=rem(gg_out(l),2);

%进行模二运算得到编码器输出

end

end

%body

for i=size(G,2)/k:depth_of_input

input_matrix=[coder_input(k*i:-1:k*i-G_2+1)];

%取输入序列的G-2个，即与寄存器个数相等

gg_out=G*input_matrix';

for l=1:n channel_input(n*(i-1)+l)=rem(gg_out(l),2);

%模二运算

end

end

%tailer,前面的寄存器需补零

for i=(G_2/k-1):-1:1

input_matrix=[zeros(1,G_2-i*k),coder_input(depth_of_input*k:-1:(depth_of_input-i) *k+1)];;

%前G_2-i*k个补0

gg_out=G*input_matrix';

for l=1:n channel_input(n*(G_2/k-i-1)+l+depth_of_input*n)=rem(gg_out(l),2);

%模二运算

end

3.2.2 解码程序

for j=0:step:number_of_states-1;

for l=0:2^k-1 branch_metric=0;

binary_output=deci2bin(output(j+1,l+1),n);

%将理想输出转化为二进制

for ll=1:n

%计算汉明距

branch_metric=branch_metric+metric(channel_output_matrix(ll,i),binary_output(ll));

end

%在AWGN信道下，最大似然估计转化为求最小汉明距

%如果下一状态度量距离大于当前距离加汉明距，或是下一状态未被遍历过则设为当前状态下一状态的幸存状态，当前距离加汉明距设为下一状态的距离

if((state_metric(nextstate(j+1,l+1)+1,2)>state_metric(j+1,1)+branch_metric)|flag(next

state(j+1,l+1)+1)==0)

state_metric(nextstate(j+1,l+1)+1,2)=state_metric(j+1,1)+branch_metric; %更改汉明距survivor_state(nextstate(j+1,l+1)+1,i+1)=j;

%更改幸存路径

flag(nextstate(j+1,l+1)+1)=1;

end

end

end

%开始回溯最佳路径，从最佳路径中找出解码

%state_sequence(1x结点深度)矩阵，1～dep分别记载各个阶段的路径(即前一状态数)。1～dep分别记载各个阶段的路径(即前一状态数)。

%从最佳路径中产生解码

%由后到前得到各级的状态

state_sequence=zeros(1,depth_of_trellis+1);

state_sequence(1,depth_of_trellis)=survivor_state(1,depth_of_trellis+1);

%开始回溯最佳路径

for i=1:depth_of_trellis

state_sequence(1,depth_of_trellis-i+1)=survivor_state((state_sequence(1,depth_of_tre

llis+2-i)+1),depth_of_trellis-i+2);

end

3.3 卷积码实现

(3,1)卷积码的仿真：随机输入一组序列，本仿真实验中输入的序列是：1 0 1 1 0 1 0 0。通过卷积编码程序对所输入的序列进行编码，得到卷积码输出，再对这个卷积码进行噪声干扰，在实际通信系统中即相当于在空中传输过程中出现传输错误，出现误码，译码器接收到错误的码字进行解码，理论上按照Viterbi 译码算法可以回溯到原始的正确码字，即正确的输入序列。现在对于编码程序在MATLAB 系统中对该实验进行仿真，验证译码是否正确，以得出是否有差错控制的功能，即卷积码可以实现差错控制[7]。

设置编码器输入端：

随机输入序列：

coder_input=[1 0 1 1 0 1 0 0]

输入(2,1)卷积码的生成矩阵：

G = [1 0 1 1 0 1 1 1 1;1 1 0 1 1 0 0 1 1;1 1 1 0 0 1 0 0 1]

设置输入端个数：

k=1

则通过仿真得到编码器输出的卷积码序列：

channel_output=[ 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0]

当通信过程中遇到噪声干扰，出现错码时。例如本例中将第一位、第五位、第十位和最后一位更改。得到噪声之后的序列，之后再将噪声之后序列送入译码程序进行译码输出。经过维特比译码之后输出的输出序列理论上是原始的输入序列，若与输入序列相同，则验证成功。

设置译码器输入端：

编码器输出的卷积码序列：

channel_output=[ 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0]

加了噪声之后的序列(被送到译码器中进行译码的序列)：

channel_output=[ 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1]

经过译码器译码之后的输出序列：

decoder_output =[ 1 0 1 1 0 1 0 0]

该序列与原始的输入序列coder_input=[1 0 1 1 0 1 0 0]相同，即还原到了原始的输入序列，达到了纠错的目的。验证成功[8]。

3.4 数据分析

解码的结果见图8和图9。

Here is an example of how the function step works:

Consider a randomly generated stable Transfer Function Model:

of the form G(s)=num(s)/den(s):

num =

0 0 -0.0376 0.0896 -0.0533

den =

1.0000

2.9737 2.8217 0.9142 0.0908

图8 解码结果

图9解码仿真结果图4 SIMULINK下仿真设计

4.1 卷积码的仿真

图10卷积码的编译译码框图

如上图10的信号流程可以表示为先由Bernoulli Binary Generater(贝努利二进制序列产生器)产生一个0,1等概序列，经过Convolutional Ecoder（卷积编码器）对输入的二进制序列进行卷积编码，并用BPSK解调制后送人Viterbi Dcoder(viterbi译码器)进行硬判决译码。最后经过Error Rate Caculation（误码统计）后由Display(显示输出)。然后通过Selector(数据选通器)将结果输出到To workspace(工作区间)。

4.2 SIMULINK模块仿真参数设置及意义

在建立如果10所示的仿真模块后，对各个模块分别一一进行设置后并运行仿真

图11贝努利二进制序列产生器模块的设置框图

如上图11是贝努利二进制序列产生器模块的设置框图，其中参数有三项：第一项probability of a zero取值为0.5，表示0和1出现的概率相等。Initial seed表示随机种子数，不同的随机种子数将产生不同的二进制序列，特定的随机种子数可以产生特定的二进制序列，Sample time=0.0001表示抽样时间。也就是说输出序列中每个二进制符号的持续时间是0.0001秒。Samples per frame表示每帧的抽样数用来确定每帧的抽样点的数目。Output date type是用来确定每帧的输出格式。

图12卷积编码器模块的设置框图

如上图12所示是卷积码编码器模块的设置框图。其中，Trellis structure（Trellis结构）中通过poly2trellis（）函数把卷积码的约束长度，生成多项式以及反馈多项式转换成Trellis结构中的形式。

图13 BPSK调制器模块的设置框图

如上图13是BPSK调制器模块的设置框图。Phase offset(rad)(相位偏移)，这里设置为0。

图14误比特统计模块的设置框图

如上图所示是误比特统计模块的设置框图。Receive delay表示接收延迟，意思是在通信接收端口需要对接收到的信号进行解调，解码或解交织而带来一定的延迟使得到达误码统计模块接收端的信号滞后于发送端的信号[21]。为了补偿这种延迟，这里设置为0。Computation delay表示计算延迟，在仿真过程中，有时间需要忽略最初的若干个输入数据就通过计算延迟来实现。这里设置为0。Computation mode表示计算模式，帧的计算模式（Entire frame）,误码统计模块对发送端和接收端所有输入数据进行统计。Output data 是输出数据，这里设置为port的意思是表示把统计数据从端口中输出。Workspace表示把统计数据输出到工作区[22]。

卷积码编译器及Viterbi译码器的设计

1

图15数据选通器模块的设置框图

如图15所示是数据选通器模块的设置框图。Input port width表示输入端口的个数为3。

图16卷积码译码器模块的设置框图

Matlab的卷积码译码器的仿真要点

基于Matlab的卷积码译码器的 设计与仿真 学生姓名：指导老师：** 摘要本课程设计主要解决对一个卷积码序列进行维特比(Viterbi)译码输出, 并通过Matlab软件进行设计与仿真，并进行误码率分析。在课程设计中，系统开发平台为Windows Vista Ultimate，程序设计与仿真均采用Matlab R2007a(7.4)，最后仿真详单与理论分析一致。 关键词课程设计；卷积码译码器；Matlab；Simulink；设计与仿真 1引言 本课程设计主要解决对一个卷积码序列进行维特比(Viterbi)译码输出,并通 过Matlab软件进行设计与仿真。卷积码的译码有两种方法——软判决和硬判决，此课程设计采用硬判决的维特比译码。 1.1课程设计目的 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哪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[1]。 本课程设计便是通过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。

1.2 课程设计的原理 卷积码，又称连环码，是由伊莱亚斯(P.elias)于1955年提出来的一种非分组码。 卷积编码的最佳译码准则为：在给定已知编码结构、信道特性和接收序列的情况下，译码器将把与已经发送的序列最相似的序列作为传送的码字序列的估值。对于二进制对称信道，最相似传送序列就是在汉明距离上与接收序列最近的序列。 卷积码的译码方法有两大类：一类是大数逻辑译码，又称门限译码(硬判决，编者注)；另一种是概率译码(软判决，编者注)，概率译码又分为维特比译码和序列译码两种。门限译码方法是以分组码理论为基础的，其译码设备简单，速度快，但其误码性能要比概率译码法差[2]。 当卷积码的约束长度不太大时，与序列译码相比，维特比译码器比较简单，计算速度快。维特比译码算法是1967年由Viterbi提出，近年来有大的发展。目前在数字通信的前向纠错系统中用的较多，而且在卫星深空通信中应用更多，该算法在卫星通信中已被采用作为标准技术。 2维特比译码原理 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2.1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2.2所

编码器和译码器的应用

编码器、译码器及应用电路设计 一、实验目的： 1、掌握中规模集成编码器、译码器的逻辑功能测试和使用方法； 2、学会编码器、译码器应用电路设计的方法； 3、熟悉译码显示电路的工作原理。 二、实验原理： 1、什么是编码： 教材说：用文字、符号、或者数字表示特定对象的过程称为编码 具体说：编码的逻辑功能是把输入的每个高、低电平信号编成对应的二进制代码 2、编码器74LS147的特点及引脚排列图： 74LS147是优先编码器，当输入端有两个或两个以上为低电平，它将对优先级别相对较高的优先编码。其引脚排列图： 3、什么是译码：译码是编码的逆过程，把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出，译码器广泛用于代码转换、终端的数字显示、数据分配、组合控制信号等。 译码器按照功能的不同，一般分为三类：二进制译码器、二—十进制译码器、显示译码器。 （1）变量译码器（用以表示输入变量的状态） 74LS138的特点及其引脚排列图：反码输出。 ABC是地址输入端，Y0—Y7是输出端，G1、G2A’、G2B’为 使能端，只有当G1=G2A’=G2B’=1时，译码器才工作。 （2）码制变换译码器：用于同一个数据的不同代码之间的相互转换，代表是4—10线译码器 译码器74LS42的特点及其引脚排列图： 译码器74LS42的功能是将8421BCD码译成10个对象 其原理与74LS138类同，只不过它有四个输入端， 十个输出端，4位输入代码0000—1111十六种状态组合

其中有1010—1111六个没有与其对应的输出端， 这六组代码叫做伪码，十个输出端均为无效状态。 （3）数码显示与七段译码驱动器：将数字、文字、符号的代码译成数字、文字、符号的电路 a、七段发光二极管数码显示管的特点：（共阴极） b、七段译码驱动器： 4、在本数字电路实验装置上已完成了译码器74LS48和数码管之间的连接图。 三四五脚接高电频，数码管的单独端接低电频。

DSP卷积码的维特比译码的分析与实现

编号： 《DSP技术与应用》课程论文卷积码的维特比译码的分析与实现 论文作者姓名：______ ______ 作者学号：___ ______ 所在学院： 所学专业：_____ ___ 导师姓名职称：__ _ 论文完成时间： _

目录 摘要： (1) 0 前言 (2) 1 理论基础 (2) 1.1信道理论基础 (2) 1.2差错控制技术 (3) 1.3纠错编码 (4) 1.4线性分组码 (5) 2 卷积码编码 (7) 2.1 卷积码概要 (7) 2.2 卷积码编码器 (8) 2.3卷积码的图解表示 (8) 2.4 卷积码的解析表示 (11) 3 卷积码的译码 (14) 3.1 维特比译码 (15) 3.2 代数译码 (17) 3.3 门限译码 (18) 4 维特比译码器实现 (18) 4.1 TMS320C54 系列DSP概述 (18) 4.2 Viterbi译码器的DSP实现 (19) 4.3 实现结果 (21) 5 结论 (21) 参考文献 (22) II

卷积码的维特比译码的分析与实现 摘要： 针对数据传输过程中的误码问题，本文论述了提高数据传输质量的一些编码及译码的实现问题。自P.Elias 首次提出卷积码编码以来，这一编码技术至今仍显示出强大的生命力。在与分组码同样的码率R 和设备复杂性的条件下，无论从理论上还是从实际上均己证明卷积码的性能至少不比分组码差，且实现最佳和准最佳译码也较分组码容易。目前，卷积码已广泛应用在无线通信标准中，其维特比译码则利用码树的重复性结构，对最大似然译码算法进行了简化。本文所做的主要工作： 首先对信道编码技术进行了研究，根据信道中可能出现的噪声等问题对卷积码编码方法进行了主要阐释。 其次，对卷积码维特比译码器的实现算法进行了研究，完成了译码器的软件设计。 最后，结合实例，采用DSP芯片实现卷积码的维特比译码算法的仿真和运行。 关键词： 卷积码维特比译码DSP Convolutional codes and Viterbi decoding analysis and realization Zhang Yi-Fei (School of Physics and Electronics, Henan University, Henan Kaifeng 475004, China) Abstract: Considering the error bit problem during data transmission,this thesis discussed some codings and decoders,aiming at enhancing transmission performance. From P.Elias first gave the concept of convolutional code, it has show its’ great advantage. Under the same condition and the same rate of block code, the performance of convolutional code is better than block code, and it’s easier to implement the best decoding.Convolutional codes have been widely used in wireless communication standards, the V iterbi decoding using the repetitive structure of the code tree, the maximum likelihood decoding algorithm has been simplified. Major work done in this article: First, the channel coding techniques have been studied, the main interpretation of the convolutional code encoding method according to the channel may be noise and other issues. Secondly, the convolutional code V iterbi decoder algorithm has been studied, the software design of the decoder. Finally, with examples, simulation and operation of the DSP chip convolutional codes, Viterbi decoding algorithm. 1

实验4 组合逻辑电路设计(编码器和译码器)

实验四 组合逻辑电路设计（编码器和译码器） 一、【实验目的】 1、 验证编码器、译码器的逻辑功能。 2、 熟悉常用编码器、译码器的逻辑功能。 二、【实验原理】 1.编码器 编码器是组合电路的一部分，就是实现编码操作的电路，编码实际上是和译码相反的过程。按照被编码信号的不同特点和要求，编码也分成三类： （1）二进制编码器：如用门电路构成的4-2线，8-3线编码器等。 （2）二—十进制编码器：将十进制0~9编程BCD 码，如10线十进制-4线BCD 码编码器74LS147等。 （3）优先编码器：如8-3线优先编码器74LS148等。 2.译码器 译码器是组合电路的一部分。所谓译码，就是把代码的特定含义“翻译”出来的过程，而实现译码操作的电路称为译码器。译码器分成三类： （1）二进制译码器：如中规模2-4线译码器74LS139，3-8线译码器74LS138等。 （2）二—十进制译码器：实现各种代码之间的转换，如BCD 码——十进制译码器74LS145等。 （3）显示译码器：用来驱动各种数字显示器，如共阴数码管译码器驱动74LS48，共阳数码管译码驱动74LS47等。 三、【实验内容与步骤】 1.编码器实验 将10—4线（十进制—BCD 码）编码器74LS147集成片插入IC 空插座中，管脚排列如下图4-1所示。按下图4-2接线，其中输入端1~9通过开关接高低电平（开关开为“1”、开关关为“0”），输出Q D 、Q C 、Q B 、Q A 接LED 发光二极管。接通电源，按表输入各逻辑电平，观察输出结果并填入表4-1中。 45678QC QB Ucc NC QD 3 2 1 GND QA 图4-1 74LS147集成芯片管脚分布图

卷积码编码和维特比译码

卷积码编码维特比译码实验设计报告 SUN 一、实验目的 掌握卷积码编码和维特比译码的基本原理，利用了卷积码的特性, 运用网格图和回溯以得到译码输出。 二、实验原理 1.卷积码是由连续输入的信息序列得到连续输出的已编码序列。其编码器将k个信息码元编为n个码元时，这n个码元不仅与当前段的k个信息有关，而且与前面的（m-1）段信息有关（m为编码的约束长度）。 2.一般地，最小距离d表明了卷积码在连续m段以内的距离特性，该码可以在m个连续码流内纠正(d-1)/2个错误。卷积码的纠错能力不仅与约束长度有关，还与采用的译码方式有关。 3. 维特比译码算法基本原理是将接收到的信号序列和所有可能的发送信号序列比较，选择其中汉明距离最小的序列认为是当前发送序列。卷积码的Viterbi 译码是根据接收码字序列寻找编码时通过网格图最佳路径的过程,找到最佳路径即完成了译码过程,并可以纠正接收码字中的错误比特。 4.所谓“最佳”, 是指最大后验条件概率:P( C/ R) = max [ P ( Cj/ R) ] , 一般来说, 信道模型并不使用后验条件概率,因此利用Beyes 公式、根据信道特性出结论:max[ P ( Cj/ R) ]与max[ P ( R/ Cj) ]等价。考虑到在系统实现中往往采用对数形式的运算,以求降低运算量,并且为求运算值为整数加入了修正因子a1 、a2 。令M ( R/ Cj) = log[ P ( R/ Cj) ] =Σa1 (log[ P( Rm/ Cmj ) ] + a2) 。其中, M 是组成序列的码字的个数。因此寻找最佳路径, 就变成寻找最大M( R/ Cj) , M( R/ Cj) 称为Cj 的分支路径量度,含义为发送Cj 而接收码元为R的似然度。 5.卷积码的viterbi译码是根据接收码字序列寻找编码时通过网格图最佳路径的过程，找到最佳路径即完成了译码过程并可以纠正接收码字中的错误比特。 三、实验代码 #include<> #include "" #define N 7 #include "" #include <> #include<> #define randomize() srand((unsigned)time(NULL)) encode( unsigned int *symbols, /*编码输出*/ unsigned int *data, /*编码输入*/ unsigned int nbytes, /*nbytes=n/16,n为实际输入码字的数目*/ unsigned int startstate /*定义初始化状态*/

卷积码的设计与实现

湖南文理学院课程设计报告 课程名称：通信系统课程设计 院部：电气与信息工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 2011 年 12 月 29日 报告成绩：

目录 目录 (2) 摘要 (3) Abstract (4) 一、引言 (5) 1.1设计任务及基本要求 (5) 1.2设计目的 (6) 1.3 设计所用仪器设备.................................................................................. 错误！未定义书签。 二、基本概念 (6) 2.1 卷积码的编码原理 (6) 2.2 卷积码编码描述 (6) 2.3 卷积码译码描述 (6) 三、卷积码的编译码原理 (6) 3.1卷积码的图形描述 (6) 3.1.1 树状图 (8) 3.1.2 网格图 (8) 3.1.3 状态图 (9) 3.2 卷积积码的编码算法 (9) 3.3卷积码的Viterbi译码 (10) 四、卷积码的仿真及性能分析 (12) 4.1 SIMULINK仿真模块 (12) 4.2 卷积码的参数对误码率的影响 (13) 4.2.1 码率对误码性能的影响 (13) 4.2.2 约束长度对误码性能的影响 (15) 4.2.3 回溯长度对卷积码性能的影响 (16) 4.3 仿真分析 (17) 总结 (18) 参考文献： (19)

摘要 卷积码是深度空间通信系统和无线通信系统中常用的一种差错控制编码。在编码过程中,卷积码充分利用了各码字间的相关性。在与分组码同样的码率和设备复杂性的条件下,无论从理论上还是从实践上都证明,卷积码的性能都比分组码具有优势。而且卷积码在实现最佳译码方面也较分组码容易。因此卷积码广泛应用于卫星通信，CDMA数字移动通信等通信系统，是很有前途的一种编码方式。对其进行研究有很大的现实意义。为了解决传统的维特比译码器结构复杂、译码速度慢、消耗资源大的问题，提出一种新型的适用于FPGA 特点，路径存储于译码输出并行工作，同步存储路径矢量和状态矢量的译码器设计方案。该设计方案通过在ISE.2i中仿真验证，译码结果正确，得到编码前的原始码元，速度显著提高，译码器复杂程度明显降低。并在实际的软件无线电通信系统中信道编解码部分得到应用，性能优良。 关键词：卷积码；误码性能；原理

实验九 (2,1,5)卷积码编码译码技术

实验九 (2,1,5）卷积码编码译码技术 一、实验目的 1、掌握(2,1,5）卷积码编码译码技术 2、了解纠错编码原理。 二、实验内容 1、(2,1,5）卷积码编码。 2、(2,1,5）卷积码译码。 三、预备知识 1、纠错编码原理。 2、(2,1,5）卷积码的工作原理。 四、实验原理 卷积码是将发送的信息序列通过一个线性的，有限状态的移位寄存器而产生的编码。通常卷积码的编码器由K级（每级K比特）的移位寄存器和n个线性代数函数发生器（这里是模2加法器）组成。 若以（n,k,m）来描述卷积码，其中k为每次输入到卷积编码器的bit数，n 为每个k元组码字对应的卷积码输出n元组码字，m为编码存储度，也就是卷积编码器的k元组的级数，称m+1= K为编码约束度m称为约束长度。卷积码将k 元组输入码元编成n元组输出码元，但k和n通常很小，特别适合以串行形式进行传输，时延小。与分组码不同，卷积码编码生成的n元组元不仅与当前输入的k元组有关，还与前面m-1个输入的k元组有关，编码过程中互相关联的码元个数为n*m。卷积码的纠错性能随m的增加而增大，而差错率随N的增加而指数下降。在编码器复杂性相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。 编码器 随着信息序列不断输入，编码器就不断从一个状态转移到另一个状态并同时输出相应的码序列，所以图3所示状态图可以简单直观的描述编码器的编码过程。因此通过状态图很容易给出输入信息序列的编码结果，假定输入序列为110100，首先从零状态开始即图示a状态，由于输入信息为“1”，所以下一状态为b并输出“11”，继续输入信息“1”，由图知下一状态为d、输出“01”……其它输入信息依次类推，按照状态转移路径a->b->d->c->b->c->a输出其对应的编码结果“110101001011”。 译码方法 ⒈代数 代数译码是将卷积码的一个编码约束长度的码段看作是[n0(m+1），k0(m+1)]线性分组码，每次根据（m+1）分支长接收数字，对相应的最早的那个分支上的信息数字进行估计，然后向前推进一个分支。上例中信息序列 =(10111），相应的码序列 c=(11100001100111）。若接收序列R=(10100001110111），先根据R 的前三个分支（101000）和码树中前三个分支长的所有可能的 8条路径(000000…）、（000011…）、（001110…）、（001101…）、（111011…）、（111000…）、（110101…）和（110110…）进行比较，可知（111001）与接收

译码器和编码器实验

实验三译码器和编码器 一实验目的 1.掌握译码器、编码器的工作原理和特点。 2.熟悉常用译码器、编码器的逻辑功能和它们的典型应用。 二、实验原理和电路 按照逻辑功能的不同特点，常把数字电路分两大类：一类叫做组合逻辑电路，另一类称为时序逻辑电路。组合逻辑电路在任何时刻其输出的稳态值，仅决定于该时刻各个输入信号取值组合的电路。在这种电路中，输入信号作用以前电路所处的状态对输出信号无影响。通常，组合逻辑电路由门电路组成。 组合逻辑电路的分析方法：根据逻辑图进行二步工作： a.根据逻辑图，逐级写出函数表达式。 b.进行化简：用公式法、图形法或真值表进行化简、归纳。 组合逻辑电路的设计方法：就是从给定逻辑要求出发，求出逻辑图。一般分四步进行。 a.分析要求；将问题分析清楚，理清哪些是输入变量，哪些是输出函数。 b.列真值表。 c.进行化简：变量比较少时，用图形法。变量多时，可用公式化简。 d.画逻辑图：按函数要求画逻辑图。 进行前四步工作，设计已基本完成，但还需选择元件——集成电路，进行实验论证。 值得注意的是，这些步骤并不是固定不变的程序，实际设计时，应根据具体情况和问题难易程度进行取舍。 1.译码器 译码器是组合电路的一部分，所谓译码，就是把代码的特定含义“翻译”出来的过程，而实现译码操作的电路称为译码器。译码器分成三类： a.二进制译码器：如中规模2—4线译码器74LS139。，3—8线译码器74LS138等。 b.二—十进制译码器：实现各种代码之间的转换，如BCD码—十进制译码器74LS145等。 c.显示译码器：用来驱动各种数字显示器，如共阴数码管译码驱动74LS48，（74LS248），共阳数码管译码驱动74LS47（74LS247）等。 2.编码器 编码器也是组合电路的一部分。编码器就是实现编码操作的电路，编码实际上是译码相反的过程。按照被编码信号的不同特点和要求，编码器也分成三类： a.二进制编码器：如用门电路构成的4—2线，8—3线编码器等。 b.二—十进制编码器：将十进制的0～9编成BCD码，如：10线十进制—4线BCD码编码器74LS147等。 c.优先编码器：如8—3线优先编码器74LS148等。 三、实验内容及步骤 1.译码器实验 （1）将二进制2-4线译码器74LS139，及二进制3-8译码器74LS138分别插入实验系统IC 空插座中。 按图1.3.1接线，输入G、A、B信号（开关开为“1”、关为“0”），观察LED输出Yo、Y1、Y2、Y3的状态(亮为“1”，灭为“0”)，并将结果填入表1.3.1中。

毕业设计61基于System View的卷积码译码器的设计

基于System View的卷积码译码器的设计 摘要本课程设计在SystemView 平台上设计了卷积码译码器，SystemView系统中提供了专门的卷积码编码和译码图符，使用户能快速地建立基于卷积码的仿真系统，本课程设计对(2,1,6)的大数逻辑译码原理，以及维比特译码原理进行了解释，利用SystemView 进行了(2,1,3)卷积码译码器的仿真。系统运行以后将译码后得到的波形与原始的码元输入信号进行比较，系统参数经过修改以后能够正确地将编码后的信号译码为原始的码元。 关键字卷积码译码器，System View，(2,1,3)卷积码译码器 1 引言 卷积码的译码方法主要有两类，代数译码和概率译码。代数译码是根据卷积码的本身编码结构进行译码，译码时不考虑信道的统计特性。概率译码在计算时要考虑信道的统计特性。典型的算法如：最大似然译码、维比特译码、序列译码等。本课程设计利用SystemView 平台进行卷积码译码器的实现，SystemView系统中提供了专门的卷积码编码和译码图符，使用户能快速地建立基于卷积码的仿真系统，本课程设计对(2,1,6)的大数逻辑译码原理，以及维比特译码原理进行了解释，利用System View进行了(2,1,3)卷积码译码仿真，系统参数经过修改以后能够正确地将编码后的信号译码为原始的码元。 1.1 卷积码简介 卷积码也称为连环码是一种非分组码，分组码编码时，先将输入的信息序列分为长度为k的码元的字段，然后按照一定的编码规则，给含k个信息元的段附加上r长的监督元，于是生成n 长的码组。在编码时，各n长码组是分别编码的，各码组之间没有约束关系，因此译码时各码组之间是分别独立进行的。卷积码则不同于此，卷积编码属于信道编码，主要用来纠正码元的随机差错，它是以牺牲效率来换取可靠性的，利用增加监督位，进行检错和纠错。卷积码把k个信息位编成n位，k和n通常很小，特别适宜于串行形式传输，延时小，n个码元与当前段的k个信息位有关，而且与前N-1段的信息有关，编码过程相互关联的码元为Nn个，N或Nn称为卷积码的约束长度，常把卷

MATLAB实现卷积码编译码-

本科生毕业论文（设计） 题目：MATLAB实现卷积码编译码 专业代码： 作者姓名： 学号： 单位： 指导教师： 年月日

目录 前言----------------------------------------------------- 1 1. 纠错码基本理论---------------------------------------- 2 1.1纠错码基本理论 ----------------------------------------------- 2 1.1.1纠错码概念 ------------------------------------------------- 2 1.1.2基本原理和性能参数 ----------------------------------------- 2 1.2几种常用的纠错码 --------------------------------------------- 6 2. 卷积码的基本理论-------------------------------------- 8 2.1卷积码介绍 --------------------------------------------------- 8 2.1.1卷积码的差错控制原理----------------------------------- 8 2.2卷积码编码原理 ---------------------------------------------- 10 2.2.1卷积码解析表示法-------------------------------------- 10 2.2.2卷积码图形表示法-------------------------------------- 11 2.3卷积码译码原理---------------------------------------------- 15 2.3.1卷积码三种译码方式------------------------------------ 15 2.3.2V ITERBI译码原理---------------------------------------- 16 3. 卷积码编译码及MATLAB仿真---------------------------- 18 3.1M ATLAB概述-------------------------------------------------- 18 3.1.1M ATLAB的特点------------------------------------------ 19 3.1.2M ATLAB工具箱和内容------------------------------------ 19 3.2卷积码编码及仿真 -------------------------------------------- 20 3.2.1编码程序 ---------------------------------------------- 20 3.3信道传输过程仿真-------------------------------------------- 21 3.4维特比译码程序及仿真 ---------------------------------------- 22 3.4.1维特比译码算法解析------------------------------------ 23 3.4.2V ITERBI译码程序--------------------------------------- 25 3.4.3 VITERBI译码MATLAB仿真----------------------------------- 28 3.4.4信噪比对卷积码译码性能的影响 -------------------------- 28

编码器和译码器实验报告

译码器、编码器及其应用 一、实验目的 (1) 掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法； (2) 熟悉掌握集成译码器和编码器的应用； (3) 掌握集成译码器的扩展方法。 二、实验设备 数字电路实验箱，74LS20，74LS138。 三、实验内容 (1) 74LS138译码器逻辑功能的测试。将74LS138输出??接数字实验箱LED 管，地址输入接实验箱开关，使能端接固定电平（或GND）。电路图如Figure 1所示： Figure 2 ??????????????时，任意拨动开关，观察LED显示状态，记录观察结果。 ??????????????时，按二进制顺序拨动开关，观察LED显示状态，并与功能表对照，记录观察结果。 用Multisim进行仿真，电路如Figure 3所示。将结果与上面实验结果对照。

Figure 4 (2) 利用3-8译码器74LS138和与非门74LS20实现函数： ?? 四输入与非门74LS20的管脚图如下： 对函数表达式进行化简： ?? ?? A ? ??????????? ???? 按Figure 5所示的电路连接。并用Multisim进行仿真，将结果对比。 Figure 6

(3) 用两片74LS138组成4-16线译码器。 因为要用两片3-8实现4-16译码器，输出端子数目刚好够用。 而输入端只有 A、、三个，故要另用使能端进行片选使两片138译码器 进行分时工作。而实验台上的小灯泡不够用，故只用一个灯泡，而用连接灯泡的导线测试?，在各端子上移动即可。在multisim中仿真电路连接如Figure 7所示（实验台上的电路没有接下面的两个8灯LED）： Figure 8 四、实验结果 (1) 74LS138译码器逻辑功能的测试。 当输入 A时，应该是输出低电平，故应该第一个小灯亮。实际用实验台测试时，LE0灯显示如Figure 9所示。当输入 A时，应该是输出低电平，故理论上应该第二个小灯亮。实际用实验台测试时，LE0灯显示如Figure 6所示。 Figure 10

基于matlab的卷积码译码器的仿真设计

数字通信原理课程设计报告书

基于matlab的卷积码译码器的仿真设计 ） 1设计目的 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哪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。 本课程设计便是通过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设计的主要内容和要求 （1）要求能熟练地运用Matlab技术对卷积码译码器进行仿真。 （2）运用Matlab中Simulink单元来创建信源模块、信道模块、信宿模块、简易译码器模块等，并运用所有设计的模块来进行仿真。 3 设计原理 3.1卷积码 卷积码，又称连环码，是由伊莱亚斯(P.elias)于1955年提出来的一种非分组码。 卷积编码的最佳译码准则为：在给定已知编码结构、信道特性和接收序列的情况下，译码器将把与已经发送的序列最相似的序列作为传送的码字序列的估值。对于二进制对称信道，最相似传送序列就是在汉明距离上与接收序列最近的序列。 卷积码的译码方法有两大类：一类是大数逻辑译码，又称门限译码(硬判决，编者注)；另一种是概率译码(软判决，编者注)，概率译码又分为维特比译码和序列译码两种。门限译码方法是以分组码理论为基础的，其译码设备简单，速度快，但其误码性能要比概率译码法差。

当卷积码的约束长度不太大时，与序列译码相比，维特比译码器比较简单，计算速度快。维特比译码算法是1967年由Viterbi 提出，近年来有大的发展。目前在数字通信的前向纠错系统中用的较多，而且在卫星深空通信中应用更多，该算法在卫星通信中已被采用作为标准技术。 3.2 维特比译码原理 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3.2.1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3.2.2 示。维特比译码需要利用图来说明移码过程。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3.2.3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， b 图3.2.1 (2,1,3)卷积码编码器 图3.2.2 (2,1,3)卷积码状态图

编码器、译码器及应用电路设计

实验六编码器、译码器及应用电路设计 一、实验目的： 1、掌握中规模集成编码器、译码器的逻辑功能测试和使用方法； 1、学会编码器、译码器应用电路设计的方法； 3、熟悉译码显示电路的工作原理。 二、实验原理： 编码是用文字、符号或者数字表示特定对象的过程，在数字电路中是用二进制数进行编码的，相应的二进制数叫二进制代码。编码器就是实现编码操作的电路。本实验使用的是优先编码器74LS147，当输入端有两个或两个以上为低电平时，将对输入信号级别相对高的优先编码，其引脚排列如图6—1所示。 图6—1 74LS147引脚排列图图6—2 74LS138引脚排列图译码是编码的逆过程，是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器。 译码器按照功能的不同，一般分为三类： 1、变量译码器（二进制译码器）：用以表示输入变量的状态，如2—4线、3—8线、4—16线译码器。以3—8线译码器74LS138为例介绍： 图6—2为74LS138的引脚图，其中，A2A1A0为地址输入端，为译码器输出端，为使能端（只有当时，才能进行译码）。 图6—3 74LS42引脚排列图图6—5为CC4511引脚排列图 2、码制变换译码器：用于同一个数据的不同代码之间的相互变换。这种译码器的代表是4—10线译码器，它的功能是将8421BCD码译为十个对象，如74LS42等。它的原理与 74LS138译码器类同，只不过它有四个输入端，十个输出端。4位输入代码共有0000—1111

译码器与编码器的设计与仿真

译码器与编码器的设计与仿真 1.实验目的 a.参照芯片74LS138的电路结构，用逻辑图和VHDL语言设计3-8译码器。 b.参照芯片74LS148的电路结构，用逻辑图和VHDL语言设计8-3优先编码器。 2.实验内容的详细说明 2.1 74148：8-3优先编码器（8 to 3 Priority Encoder） 2.1.1 设计思想 先定义八个输入四个输出的实体，然后定义结构体，再定义一个进程利用利用if的嵌套来体现使能端与输入信号的优先级，再利用if和else if的结构来选择不同输入时输出信号的不同。 2.1.2 实验原理 1）优先编码器逻辑图 优先编码器逻辑图 2）优先编码器真值表

2.1.3 VHDL程序（详见附录1） 2.1.4 仿真结果 优先编码器画图-功能仿真波形图 优先编码器VHDL-功能仿真波形图2.2 74138：3-8译码器（3 to 8 Demultiplexer）2.2.1 设计思想

先定义六个输入八个输出的实体，再定义结构体和一个用来先存储输出信号组合新的信号，用with..when来将不同输入组合时将不同的输出信号赋给存储信号，当使能端输入组合为100时，将存储信号赋给输出，否则将“1111111”赋给输出信号组合。 2.2.2 实验原理 1）74138（3-8译码器）逻辑图 74138逻辑图 2）74138逻辑功能真值表 2.2.3 VHDL程序（详见附录2） 2.2.4 仿真结果

74138画图-逻辑功能仿真波形图 74138VHDL-逻辑功能仿真波形图 3.实验总结： 通过本次实验，我对优先编码器和译码器的逻辑功能有进一步的了解，了解到译码器与编码器的功能正好相反，编码器是将各种输入信号转换成一组二进制代码，而译码器则是用一组二进制代码来产生各种独立的输出信号。 4.附录（VHDL程序） 4.1 附录1 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY V74148 IS PORT( EIN : IN STD_LOGIC; D:IN STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 7); A:OUT STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 2) ); END V74148; ARCHITECTURE V74184_A OF V74148 IS

一种卷积码维特比译码算法的软件实现

一种卷积码维特比译码算法的软件实现Ξ 张海勇1)　刘文予1)　芦东昕2)　吴　畏2) (华中科技大学电子与信息工程系1)　武汉　430074) (中兴通讯股份有限公司2)　深圳　518057) 摘 要 提出了数字通信系统中一种卷积码译码的软件实现方案,该方案应用软件技术实现了卷积码维特比译码器功能,在程序实现中充分利用了卷积码的特性,运用蝶形运算,周期性的回溯以得到译码输出。在程序设计上采用了一些宏定义等处理方法,可以提升运算速度,是一种软件方法的前向纠错编码技术。 关键词:卷积码　维特比译码算法　蝶形运算　回溯 中图分类号:TP31 A Soft w are Implementation of Viterbi Decoding Algorithm Zhang H aiyong1)　Liu Wenyu1)　Lu Dongxin2)　Wu Wei2) (Dept.of Electronics&Information Engineering1),HUST,Wuhan430074) (ZTE Corporation2),Shenzhen518057) Abstract:A software implementation of a channel coding technology is presented,which realizes the functions of convolution2 al coding and Viterbi decoding.According to convolutional codes feature,this software uses butterfly algorithm which is defined as a macro,periodically traces back to get the decoding output,we also use some other methods in the program,can speed up the al2 gorithm,which belongs to a forward error correction coding technology. K ey w ords:convolutional code,Viterbi decoding algorithm,butterfly algorithm,trace back Class number:TP31 卷积码是由伊莱亚斯(Elias)于1954年首先提出来的。它充分利用了各组之间的相关性,本组的信息元不但决定本组的监督元,而且也参与决定以后若干组的监督元。同时在译码过程中,不但从该时刻所收到的码组中提取译码信息,而且还利用以后若干时刻内所收到的码组来提取有关信息。无论从理论上还是实际上均已证明其性能不差于分组码。在一些采用了前向纠错的系统里,如GS M/CDM A通信系统、卫星与空间通信系统里广泛采用了卷积码[1]。 卷积码译码器的设计是由高性能的复杂译码器开始的,如最初的序列译码,随着译码约束长度的增加,译码错误概率可达到非常小。后来慢慢地向低性能的简单译码器演化,对不太长的约束长度,维特比(V iterbi)算法是非常实用的。维特比算法是一种最大似然的译码方法。当编码约束度不太大(小于等于10)或者误码率要求不太高(约10-5)时[2],它的设备比较简单,用硬件译码计算速度很快。本文将给出一种用软件实现卷积码维特比译码算法的设计方法,针对译码中计算量最多的蝶形运算,采用宏定义的方式,并在计算度量长度时采用双数组计算,能够加快译码计算速度。 1　卷积码编码器的参数分析 卷积码把信源输出的信息序列以每段k0个码元进行分段,通过编码器输出长为n0的一个码段,该段(n0-k0)个校验元不仅与本段信息元有关,还与其前面m段信息元有关。卷积码可以用(n0,k0,K)表示,其中(K=m+1)为约束长度,串联的移位寄存器的数目以m表示,一个信息 Ξ收到本文时间:2004年12月2日

编码器和译码器的设计

目录 1设计目的与要求 (1) 1.1 设计的目的 (1) 1.2 设计要求 (1) 2 VHDL的简单介绍 (2) 2.1 VHDL的简介 (2) 2.2 VHDL的特点 (2) 2.3 VHDL的优势 (3) 2.4 VHDL的设计步骤 (4) 3 EDA的简单介绍 (5) 3.1 EDA的简介 (5) 3.2 EDA设计方法与技巧 (5) 4 设计过程 (7) 4.1编码器的原理 (7) 4.2译码器的原理 (7) 4.3课程设计中各部分的设计 (7) 5 仿真 (10) 5.1八-三优先编码器仿真及分析 (10) 5.2三-八译码器仿真及分析 (11) 5.3二-四译码器仿真及分析 (14) 心得体会 (13) 参考文献 (16) 附录 (17)

摘要 随着社会的发展，科学技术也在不断的进步。计算机从先前的采用半导体技术实现的计算器到现在广泛应用的采用高集成度芯片实现的多功能计算器。计算机电路是计算机的重要组成部分，了解计算机电路的知识是促进计算机的发展的先决条件。而编码器和译码器是计算机电路中的基本器件，对它们的了解可以为以后的进一步深化研究打下一个良好的基础。本设计主要介绍的是一个基于超高速硬件描述语言VHDL对计算机电路中编码器和译码器进行编程实现。 关键字：计算机编码器译码器

编码器和译码器的设计 1 设计目的与要求 随着社会的进一步发展，我们的生活各个地方都需要计算机的参与，有了计算机，我们的生活有了很大的便利，很多事情都不需要我们人为的参与了，只需要通过计算机就可以实现自动控制。由此，计算机对我们的社会对我们每个人都是很重要的。所以我们要了解计算机得组成，内部各种硬件，只有了解了计算机基本器件已经相应的软件，才能促进社会的发展。编码器和译码器的设计是计算机的一些很基础的知识，通过本次对于编码器和译码器的设计，可以让我知道究竟这种设计是如何实现的，这种设计对我们的生活有什么帮助，这种设计可以用到我们生活的哪些方面，对我们的各种生活有什么重大的意义。 1.1 设计的目的 本次设计的目的是通过简单的编码器和译码器的设计掌握基本的计算机的一些有关的知识，通过查资料已经自己的动手设计去掌握EDA技术的基本原理已经设计方法，并掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想。以计算机组成原理为指导，通过将理论知识，各种原理方法与实际结合起来，切实的亲手设计，才能掌握这些非常有用的知识。通过对编码器和译码器的设计，巩固和综合运用所学知识，提高IC设计能力，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。也能通过这种自主设计，增强自己的动手能力，将理论知识切实应用的能力，这对我们将来的发展是很有帮助的。 1.2 设计要求 根据计算机组成原理中组合逻辑电路设计的原理，利用VHDL设计计算机电路中编码器和译码器的各个模块，并使用EDA 工具对各模块进行仿真验证和分析。编码器由八-三优先编码器作为实例代表，而译码器则包含三-八译码器和二-四译码器两个实例