卷积编码器的设计与实现

去噪自编码深度卷积网络实战——地震去噪实战案例讲解

去噪自编码深度卷积网络实战——地震去噪实战案例讲解 很多同学都有个疑问：前面一直都是对理想数据进行处理，这样有多大用处呢？那用在实际中是怎样应用的呢？第一节课我们讲过，自编码可以用在预训练、自动创作、自动填充、去除噪声、数据降维等等方向。今天我们就从最常见的降噪这项应用开始讲解。

一、降噪自动编码的由来 降噪自动编码器（Denoising AutoEncoder）最初的应用是为了让自动编码网络有更强的鲁棒性（Robust）。 这是什么原理呢？ 就是将原始的完整数据以一定概率分布（通常使用二项分布）去擦除，然后将处理后的结果作为输入的训练数据。这样训练出来的网络抗干扰能力更强，预测的结果往往更好。 就比如下图： 原始的数据是x，首先我们随机的去掉了x中的两个数据形成了x’，然后我们用这个有破损（术语叫Corruputed）的数据x’作为训练数据来训练自编码网络y，训练过程中计算出的结果是z，然后将z与原始x做误差迭代不断优化网络y。最后训练出来的y就有了更好的性能。 为什么训练破损的数据更能激发网络的鲁棒性呢？有论文解释说神经网络通过从破损数据

中学习到有效特征数据，从而恢复完整的数据。这个训练过程是增强了神经网络特征提取的能力。就是说学习破损数据的过程相当于一个简化的PCA，本质是进行降维提取。而降维就是神经网络最擅长的工作之一。 二、降噪自动编码在地震去噪领域的应用 前面提到了通过训练破损的数据，可以提高自编码网络学习能力。那含有噪声的数据，也是一种破损的数据，同样可以使用自编码网络进行降噪处理。 在地震勘探领域，伴随地震数据采集过程中，由于人为或环境因素的影响，不可避免地会引入随机噪声。受污染的地震资料严重影响了后续的地震资料处理和成像。因此，抑制随机噪声可以有效地提高地震资料的信噪比，有利于提高成像质量。 比如我们常常会将左图的含噪数据进行降噪处理，变成右图的样子。

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

卷积码编码器的设计 (1)剖析

湖南文理学院 课程设计报告 课程名称：通信系统课程设计 专业班级：通信工程11102班09 学生姓名：朱涛 指导教师：侯清莲 完成时间：2014-11-18 报告成绩：

目录 一、设计要求 (1) 二、设计作用与目的 (1) 三、所用设备及软件 (1) 四、卷积码编码的概念 (1) 4.1卷积码的编码描述方法 (1) 4.2 卷积编码 (2) 4.3 卷积码的树状图 (3) 4.4 卷积码的网格图 (3) 五、 EDA设计方法及工具软件QUARTUSⅡ (4) 六、改变卷积编码器的参数仿真以及结论 (4) 6.1 不同回溯长度对卷积编码器性能的影响 (4) 6.2 不同码率对卷积编码器误码性能的影响 (5) 6.3 不同约束长度对卷积编码器的误码性能影响 (6) 七、卷积码编码器的VHDL设计与仿真 (8) 7.1 VHDL设计的优点与设计方法 (8) 7.2 卷积码编码器的VHDL实现 (10) 八、心得体会 (10) 九、参考文献 (11)

卷积编码器的设计 一、设计要求 （1）画出卷积码的原理框图，说明系统中各主要组成部分的功能。 （2）使用EDA技术及VHDL语言对卷积编码器进行设计与仿真并对结果分析。 二、设计作用与目的 （1）巩固加深对通信基本知识分析以及卷积码的掌握，提高综合运用通信知识的能力。（2）掌握采用仿真软件对系统进行仿真分析。 （3）培养学生查阅参考文献，独立思考，设计，钻研电子技术相关问题的能力。 （4）掌握相关电子线路工程技术规范以及常规电子元器件的性能技术指标。 （5）培养严肃认真的工作作风与科学态度，建立严谨的工程技术观念。 （6）了解电气图国家标准，并利用电子CAD等正确绘制电路图。 （7）培养工程实践能力，创新能力与综合设计能力。 三、所用设备及软件 （1）QUARTUSⅡ （2）PC机 四、卷积码编码的概念 4.1卷积码的编码描述方法 编码描述方法有5种：冲激响应描述法、生成矩阵描述法、多项式乘积描述法、状态图描述法和网格图描述法。卷积码的纠错能力随着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。分组码有严格的代数结构，但卷积码至今尚未找到如此严密的数学手段。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[2]。 以二元码为例，输入信息序列为u＝(u0，u1，…)，其多项式表示为u(x)＝u0+u1x＋…＋…。编码器的连接可用多项式表示为g (1,1) (x)＝1+x+x2和g(1,2)(x)＝1+x2，称为码的子生 成多项式。它们的系数矢量g (1,1)=(111)和g (1,2) =(101)称作码的子生成元。以子生成多项式 为阵元构成的多项式矩阵G(x)＝[g (1,1)(x),g (1,2) (x)]，称为码的生成多项式矩阵。由生成 元构成的半无限矩阵。

【CN110245677A】一种基于卷积自编码器的图像描述符降维方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910333981.4 (22)申请日 2019.04.24 (71)申请人 广东工业大学 地址 510062 广东省广州市大学城外环西 路100号 (72)发明人 代壮　陈炜楠　何力　管贻生　 张宏　 (74)专利代理机构 广东广信君达律师事务所 44329 代理人 杜鹏飞 (51)Int.Cl. G06K 9/62(2006.01) G06N 3/04(2006.01) (54)发明名称 一种基于卷积自编码器的图像描述符降维 方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于卷积自编码器的图 像描述符降维方法，包括下述步骤：(1)输入图像 数据，对数据进行归一化处理；(2)将数据输入卷 积自编码器，通过编码器编码，得到一个低维的 描述符；(3)将编码器输出的结果通过解码器解 码，输出数据；(4)通过最小化输出数据与输入数 据的重构误差来优化模型参数；(5)训练好模型 后，将卷积自编码器的输出作为图像降维后的描 述符；本发明通过最小化输入数据与输出数据的 重构误差，学习图像描述符中的一个低维表示， 这个低维描述符就是图像降维后的描述符，保留 了原来高维描述符中的重要信息，让图像在低维 空间中仍然具有很好的区分度。权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 110245677 A 2019.09.17 C N 110245677 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110245677 A 1.一种基于卷积自编码器的图像描述符降维方法，其特征在于，包括下述步骤： (1)输入图像数据，对数据进行归一化处理； (2)将数据输入卷积自编码器，通过编码器编码，得到一个低维的描述符； (3)将编码器输出的结果通过解码器解码，输出数据； (4)通过最小化输出数据与输入数据的重构误差来优化模型参数； (5)训练好模型后，将编码器的输出作为图像降维后的描述符。 2.根据权利要求1所述的基于卷积自编码器的图像描述符降维方法，其特征在于，所述卷积自编码器包括编码器和解码器，其中所述编码器包括三个子块，每个子块都包括一个卷积层CL、一个批正则化层BN和一个参数化修正线性单元PReLU激活函数；所述解码器包括三个子块，每个子块都包括一个反卷积层DCL、一个批正则化层BN和一个参数化修正线性单元PReLU。 2

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

基于matlab的2-3卷积码编码译码设计与仿真

西南科技大学 方向设计报告 课程名称：通信工程方向设计 设计名称：2/3卷积码编译码器仿真与性能分析 姓名： 学号: 班级： 指导教师： 起止日期：2011.12.12-2012.1.6 西南科技大学信息工程学院制

方向设计任务书 学生班级：学生姓名：学号： 设计名称：2/3卷积码编译码器仿真与性能分析 起止日期：2011.12.12-2012.1.6指导教师： 设计要求： （1）分析2/3卷积码编码器结构； （2）分析2/3卷积码译码的Viterbi算法； （3）基于SIMULINK进行2/3卷积码的纠错性能仿真； 方向设计学生日志 时间设计内容 12.15-12.17 查看题目及设计要求。 12.18-12.23 查阅相关资料，设计方案。 12.23-12.27 编写报告及调试程序。 12.28-12.29 完善修改课程设计报告。 12.30-12.31 答辩。

方向设计考勤表 周星期一星期二星期三星期四星期五 方向设计评语表 指导教师评语： 成绩：指导教师： 年月日

2/3卷积码编译码器仿真与性能分析 摘要： 卷积码是一种性能优越的信道编码。它的编码器和译码器都比较容易实现，同时它具有较强的纠错能力。随着纠错编码理论研究的不断深入，卷积码的实际应用越来越广泛。本文简明地介绍了卷积码的编码原理和Viterbi译码原理。并在SIMULINK模块设计中，完成了对卷积码的编码和译码以及误比特统计整个过程的模块仿真。最后，通过在仿真过程中分别改变卷积码的重要参数来加深理解卷积码的这些参数对卷积码的误码性能的影响。经过仿真和实测，并对测试结果作了分析。 关键词： 卷积码编码器、viterbi译码器、SIMULINK

Autoencoder自动编码器

自动编码器是一种无监督人工神经网络学习如何有效地压缩和编码的数据然后学会如何重建数据回从减小的编码表示来表示，其是如接近原始输入成为可能。 通过设计，自动编码器通过学习如何忽略数据中的噪声来减小数据尺寸。这是从MNIST数据集到自动编码器的输入/输出图像的示例。 自动编码器组件： 自动编码器包括4个主要部分： 1-编码器（encoder）：模型学习如何减小输入尺寸并将输入数据压缩为编码表示形式。 2-瓶颈(bottle neck)：这是包含输入数据的压缩表示形式的层。这是输入数据的最低尺寸。

3-解码器：模型学习如何从编码表示中重建数据，使其尽可能接近原始输入。 4-重建损耗：这是一种测量解码器性能的方法以及输出与原始输入的接近程度的方法。 然后，训练涉及使用反向传播，以最大程度地减少网络的重建损失。 您一定想知道为什么我要训练神经网络只是为了输出与输入完全相同的图像或数据！本文将介绍自动编码器的最常见用例。让我们开始吧： 自动编码器架构： 根据使用情况，自动编码器的网络体系结构可以在简单的前馈网络，LSTM网络或卷积神经网络之间变化。在接下来的几行中，我们将探讨其中的一些架构。 假设我们已经在MNIST数据集上训练了自动编码器。使用简单的FeedForward神经网络，我们可以通过构建一个简单的6层网络来实现此目的，如下所示：

上面的代码输出为：

从输出中可以看到，验证集的最后一个重建损失/错误为0.0193，这非常好。现在，如果我通过MNIST数据集传递任何正常图像，则如果我尝试传递任何其他不同的图像（异常值或异常值），则重建损失将非常低（<0.02），但是由于网络无法重建被认为是异常的图像/输入。 注意，在上面的代码中，您只能使用编码器部分来压缩某些数据或图像，也只能使用解码器部分来通过加载解码器层来解压缩数据。 现在，让我们进行一些异常检测。下面的代码使用两个以上的图像，使用我们上面训练的自动编码器网络来预测异常评分（重建错误）。第一张图片来自MNIST，结果为 5.43209。这意味着图像不是异常。我使用的第二张图像是一个完全随机的图像，不属于训练数据集，其结果为：6789.4907。该高误差意味着图像是异常的。相同的概念适用于任何类型的数据集。

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

卷积码编码器原理框图

图11-8 卷积码编码器一般原理方框图 例： (n, k, N) = (3, 1, 3)卷积码编码器 每当输入1比特时，此编码器输出3比特c 1c 2 c 3 1. 卷积码的代数表述 (1) 监督矩阵H 一般说来，卷积码的截短监督矩阵具有如下形式： I n-k — (n – k)阶单位方阵； P i — k ? (n – k)阶矩阵； O n-k — (n – k)阶全零方阵 k 1……Nk k 2k 3k ……………Nk n 级移存器 个模2加法器 M 输入b i M 2 `12 i i i i i i i i i c b d b b e b b b ---==⊕=⊕⊕12 113 21121n k n k n k n k n k n k N n k N n k N n k n k P I P O P I H P O P O P I P O P O P O P I ------------?? ??????=????????

有时还将H 1的末行称为基本监督矩阵h h = [P N O n-k P N-1 O n-k P N-2 O n-k ? ? ? P 1 I n-k ] 从给定的h 不难构造出H 1 (2) 生成矩阵G 一般说来，截短生成矩阵具有如下形式： I k － k 阶单位方阵； Q i － (n – k)?k 阶矩阵； O k － k 阶全零方阵。 并将上式中矩阵第一行称为基本生成矩阵 g ＝ [I k Q 1 O k Q 2 O k Q 3?O k Q N ] 如果基本生成矩阵g 已经给定，则可以从已知的信息位得到整个编码序列 2. 卷积码的解码 (1) 代数解码：利用编码本身的代数结构进行解码，不考虑信道的统计特性。大数逻辑解码，又称门限解码，是卷积码代数解码的最主要一种方法，它也可以应用于循环码的解码。大数逻辑解码对于约束长度较短的卷积码最为有效，而且设备较简单。 (2) 概率解码：又称最大似然解码。它基于信道的统计特性和卷积码的特点进行计算。针对无记忆信道提出的序贯解码就是概率解码方法之一。另一种概率解码方法是维特比算法。当码的约束长度较短时，它比序贯解码算法的效率更高、速度更快，目前得到广泛的应用。 一、 Turbo 码 1. 概念： (1) 复合编码：将两种或多种简单的编码组合成复合编码。 (2) 链接码：链接码是复合编码的一种，它包括一个内（部）码和一个外（部）码。 1231211121k k k k N k k k N k k N k I Q O Q O Q O Q I Q O Q O Q G I Q O Q I Q --???????? =?? ?? ????

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

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

卷积码的仿真

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。

删余卷积码的维特比译码器的设计与实现

删余卷积码的维特比译码器的设计与实现 在数字通信系统中,特别是面向IEEE802.11ac标准的无线通信系统中,删余卷积码与对应的维特比译码算法作为一种必选的提高信息传输可靠性的技术,具有严重的研究价值。随着人们对数据传输速率要求的不断提升,硬件设备的复杂度也在不断提高,而译码复杂度、硬件系统功耗与资源消耗问题制约了删余卷积码的维特比译码器在数字通信中的进一步发展与应用。本文基于IEEE802.11ac标准,以降低算法计算复杂度、减小硬件设计的系统功耗和硬件资源消耗为目标,对信道编译码算法(包括二进制卷积编译码、交织与扰码算法)进行设计并改进;在完成算法设计的基础上对信道编码各模块进行硬件设计,本文针对传统设计方法的高功耗和高硬件消耗问题提出优化方案。 本文的主要研究成果如下:1.针对删余卷积码的维特比译码算法在高码率下计算复杂度高的问题,提出改进的维特比译码算法。为了解决删余卷积码在码率高于的情况下,译码的计算复杂度较高,且随着码率的增大,译码复杂度也不断提高的问题,本文在传统的维特比译码算法中引入调整因子,可实现当码率大于时有用减少计算分支度量值的步骤,并且随着码率增大,改进算法对译码复杂度的优化更加明明,通过正交频分复用系统环路的搭建,可评估系统的误码率性能;2.针对删余卷积码的译码硬件设计复杂度随码率增高而提高的问题,提出在硬件设计过程中,增设存储删余位置指示信息的寄存器。该寄存器用来指示译码的输入数据是否为补零后的数据。 在计算分支度量值时,该寄存器中的数据与度量值计算结果进行相与,得到加比选模块的输入度量值,可有用减少删余卷积码的维特比译码器在计算分支度量值时的计算步骤。本文搭建FPGA验证平台,并运用QuartusⅡ软件和SignalTapⅡ在线逻辑分析仪可验证硬件设计结果;3.针对删余卷积码的维特比译码器效率低和系统延时较大的问题,提出在译码器内部对加比选模块的设计采用4个加比选子模块并行同步运算的基4方法,可有用提高系统译码效率,并降低译码延时;4.针对信道编码的硬件设计在硬件资源消耗、系统功耗和编译码性能三者之间不平均问题,本文提出串并结合的硬件设计方法。信道编码发送端采用全并行和组合逻辑进行硬件设计,可大幅降低系统功耗;信道编码接收端采用串并结合的处理方法,通过250KHz和20MHz双时钟折中处理硬件资源消耗与系统功耗问题。

北邮ASIC实验报告 (3,1,8)卷积码编码器

北京邮电大学 ASIC原理课程实验 实验报告 设计要求：（3,1,8）卷积码编码器 学院：电子工程学院 专业：电子信息科学与技术 班级： 学号： 姓名： 2013年6月20日

一、设计要求 运用verilog语言编写一个（3,1,8）卷积码编码器，并对其进行仿真。 二、卷积码编码器原理 卷积码拥有良好的纠错性能，是一种被广泛应用于移动通信的信道编码系统。一个（n,k,m）卷积码编码器由k个输入，具有m阶存储的n个输出的线形时序电路实现。通常，n和k是较小的整数，且k＜n，但m比较大。当k＝1时，信息序列不再分成小块，以便可以连续处理。卷积码（n,k,m）表示码率R＝k/n，编码器级数m＝s－1，其中s是码约束长度。 反向CDMA信道使用（3，1，8）卷积码，码率R＝1/3,约束长度为9，由于k＝1，n＝3，m＝8，则该卷积编码器包含单个输入端，一个8级移位寄存器，三个模2加法器和一个3向编码器输出的连续转向器。编码器每输入一位信息比特将产生三位编码输出。这些编码符号中，第一个输出符号G0是生成序列g1⑴编码产生的符号，第二个输出符号G1是由生成序列g1⑵编码产生的符号，最后一个输出符号G2是由生成序列g1⑶编码产生的符号，如下图所示。 该电路由一个八位寄存器、三个码生成逻辑、一个时隙发生器和一个四选一复用器构成。mux的输入为G0、G1和G2，码选择信号C[1:0]和clk1由时隙发生器产生，输出信号即为整个电路的输出Yout。 卷积编码器的初始状态用rst异步清零信号置为0，rst=0时，电路清零。 卷积编码器的初始状态全为0，初始状态之后输出的第一个编码符号由生成序列g1⑴编码产生。这里，三个生成序列分别为g1⑴=（101101111），g1⑵=(110110011), g1⑶=(111001001)。

34卷积码编码原理分析与建模仿真

3/4卷积码编码原理分析与建模仿真 一、摘要 卷积码是一种性能优越的信道编码。它的编码器和译码器都比较容易实现，同时它具有较强的纠错能力。随着纠错编码理论研究的不断深入，卷积码的实际应用越来越广泛。本文简明地介绍了卷积码的编码原理和Viterbi译码原理。并在SIMULINK模块设计中，完成了对卷积码的编码和译码以及误比特统计整个过程的模块仿真。最后，通过在仿真过程中分析了卷积码误比特率与信噪比之间的关系，及卷积码与非卷积码的对比。经过仿真和实测，并对测试结果作了分析。 关键词：卷积码编码建模 SIMULINK仿真

目录 一、摘要 ................................................................................................................................................................. - 1 - 二、设计目的和意义 ............................................................................................................................................. - 2 - 三、设计原理 ......................................................................................................................................................... - 3 - 3.1 卷积码基本概念 ...................................................................................................................................... - 3 - 3.2 卷积码的结构 .......................................................................................................................................... - 3 - 3.3 卷积码的解析表示 .................................................................................................................................. - 4 - 3.4 卷积码的译码 .......................................................................................................................................... - 4 - 3.4.1 卷积码译码的方式........................................................................................................................ - 4 - 3.5.2 卷积码的Viterbi译码 .................................................................................................................. - 5 - 四、详细设计步骤 ................................................................................................................................................. - 6 - 4.1 卷积码的仿真 .......................................................................................................................................... - 6 - 4.1.1 SIMULINK仿真模块的参数设置及意义 ................................................................................. - 6 - 五、设计结果及分析 ........................................................................................................................................... - 11 - 5.1不同信噪比对卷积码的影响.................................................................................................................. - 11 - 5.2卷积码的对比 ........................................................................................................................................ - 12 - 六、总结 ............................................................................................................................................................... - 14 - 七、体会 ............................................................................................................................................................... - 14 - 八、参考文献 ....................................................................................................................................................... - 14 - 二、设计目的和意义 因为信道中信号不可避免会受到干扰而出错。为实现可靠性通信，主要有两种途径:一种