1、理工大学学士学位论文I摘 要本文通过对数字通信的各种信道编码方式、差错控制的类型以及差错控制编码分类进行总结和分析，根据各种常用信道编码的比特差错率和码字差错率之间关系的差异，得出了差错控制编码对数字通信系统可靠性影响的定量计算结果。本文介绍了线性分组码、循环码和卷积码的相关内容，运用 SystemView 软件对差错控制编码系统进行了模型构建、系统设计、仿真演示、结果显示、误差分析以及综合性能分析。本文探讨了在 SystemView 语言环境下差错控制系统仿真的设计和实现。根据差错控制系统的理论基础结合 SystemView 软件包实现对控制系统的建模，并结合SystemView 仿真达到差
2、错控制的目的。通过对仿真结果的分析我们得知，如果对信息码进行差错控制，误码率会大大降低。 关键词：差错控制编码；SystemView 仿真；误码率理工大学学士学位论文IIAbstractBy making a summary and analysis about various channel coding system, and the type and coding specification of error control, the thesis draws quantitative calculation results about the impact of error contr
3、ol coding on the digital communication system reliability, according to differences between various common coding bit error rate and code word error rate.The thesis introduces the linear block code, cyclic code and convolution code, as well as their related content. Error control coding system is an
4、alyzed by SystemView in model building, system design, simulation demonstration, results display, error analysis and comprehensive performance. It discusses error control systems design and implementation of simulation in SystemView language environment. According to the theoretical basis of error c
5、ontrol system, combining with SystemView software package, it achieves modeling of control system. Whats more, it achieves the purpose of error control, combining with simulation of SystemView. We can conclude from the analysis of simulation results that if information code is conducted by error con
6、trol, bit error control will be greatly reduced.Keywords：Error control coding；SystemView Simulation；bit error control理工大学学士学位论文III目 录1 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 差错控制编码研究意义及现状 .11.3 本课题研究的主要内容 .22 SystemView 介绍 .32.1 SystemView 概述 .32.2 SystemView 简介 .42.3 设计窗口 .52.4 分析窗口 .63 差错控制编码技术原理 .83.1 差错控制编码基本原理 .8
7、3.2 错误类型 .83.3 差错控制的基本方式 .93.4 信道编码的基本原理 .103.5 几种简单的编码 .114 差错控制编码的仿真 .134.1 线性分组码 .134.1.1 线性分组码的基本概念 .134.1.2 (7，4)汉明码的编译及其 SystemView 仿真 .154.2 循环码 .184.2.1 循环码的概念 .184.2.2 循环码的生成矩阵 .184.2.3 循环码的编码方法 .194.2.4 循环码的解码方法 .194.3 BCH 编码 .204.3.1 本原循环码 .204.3.2 BCH 码的编译码 .214.3.3 BCH 码的 SystemView 仿真
8、.22理工大学学士学位论文IV4.3.4 RS 码 .234.4 交织码 .284.5 卷积码 .304.5.1 卷积码简介 .314.5.2 卷积码编译码的仿真 .31参考文献 .35结 论 .33致 谢 .34附 录 .36附录 A 英文原文 .36附录 B 中文翻译 .45理工大学学士学位论文11 绪论1.1 课题背景作为 21 世纪信息工程领域中的特色，数字通信技术必将在新世纪中发挥重要作用。从发展的眼光看，数字通信技术领域的发展会越来越快，而且该技术领域中的技术向其他领域的渗透也呈现出加速趋势。近些年来，通信增值业务得到迅速发展，保证通信中较低信噪比情况下的数据无误传输，提高通信的有
9、效性和可靠性显得越来越重要。各种数字通信系统已广泛用于我们的生产生活中。然而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它办法解决。1.2 差错控制编码研究意义及现状目前，利用差错控制技术降低各类数字通信系统以及计算机存储和计算系统中的误码率，提高通信质量，在西方国家中已经作为一门标准技术而广泛应用，而且差错控制技术还应用于超大规模集成电路中，以提高集成电路芯片的成品率，不仅如此，差错控制技术中的许多译码思想和方法，可以解决神经网络中的一些问题，差错控制技术方兴未艾，当然差错
10、控制技术还存在一些现实的问题，以目前世界范围内研究最热门的随机码为例，由于随机码的算法非常复杂，随机性的可靠度不高，随即交织器的实现难度大，使随机码在通信系统中应用存在成本过高，稳定性不够，无法大规模的普及等问题，而此类问题正是国际研究的热点方向，有待在今后的研究中进一步加以解决。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的要求。在仍不能满足要求时，就要考虑差错控制措施了，这就是我们研究差错控制技术的意义所在。1.3 本课题研究的主要内容在数字通信系统中,信号在传输过程时，由于受到干扰的影响，码元波形将变坏，接收端收到后可能
11、发生错误判断。差错控制技术主要有以下四种：检错重发、前向纠理工大学学士学位论文2错、反馈检验和检错删除。实际中，为了提高信息传输可靠性,广泛使用了具有一定纠错能力的信道编码技术,如奇偶校验码、行列监督码、恒比码、汉明码、循环码等编码技术。设计要求掌握差错控制编码基本原理及其各种线性码组编码原理和过程；学习并熟练掌握 SystemView 的基本操作和运用；运用 SystemView 对各种线性码组进行实现；利用 Systemview 具体设计差错控制编码的仿真；对仿真结果进行分析；并分析比较各种线性码组的性能。数字通信系统差错控制研究的范围很广泛，可以是差错控制编码的研究，也可以是某个特定系统
12、的具体实现或者具体系统的差错控制性能分析等等。信道编码是通信系统中采用的一种差错控制措施，在信道编码过程中，发送端将给被传输的信息附上一些监督码元，这些监督码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联、约束。接收端按照约定的规则校验信息码元与监督码元之间的关系，一旦传输发生差错，信息码元与监督码元的关系就受到破坏，从而接收端可以发现错误乃至纠正错误。因此，研究各种编码和解码方法是差错控制编码所要解决的问题。本课题将讨论各种线性码组差错控制编码的方法，以及在此编码基础上建立数字通信系统差错控制模型，进行SystemView 仿真并输出结果。 通过对各种信道编码条件下的比特差错率和码字差错率的相比较
13、，以验证采用了信道编码后，系统的码字差错率得到了明显的改善，其码字差错率明显下降。并得出最优的差错控制编码。理工大学学士学位论文32 SystemView 介绍2.1 SystemView 概述SystemView 是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、一般的系统数学模型建立，直到完整通信系统的设计与仿真等各个领域，SystemView 在友好而且功能齐全的窗口环境下为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。SystemView 可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。SystemView
14、的基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器、各种函数运算器等，尤其是利用它可以从各种不同角度以不同方式按要求设计多种滤波器，并可自动完成滤波器各项指标，如幅频特性、波特图、系统函数、根轨迹图等之间的转换。另外，SystemView 自带的通信、逻辑、数字信号处理、射频/模拟等专业库，特别适用与现代通信系统的设计、仿真和方案论证。它还可以实时地仿真各种 DSP 结构，并进行各种系统时域分析、频域分析、谱分析；也能对各种逻辑电路、射频/模拟电路、混合气、放大器、 RLC 电路、运放电路等，进行理论分析和失真分析。随着现代通信技术的不断发展，无线通信技术日趋成熟和完善。利用 SystemVie
15、w带有的 CDMA、DVB 等扩展库即可十分方便地完成这些系统设计和仿真。利用 SystemView 不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速的建立和修改系统，方便的加入注释。它具有与外部文件的借口，可直接获取并处理输入/输出真实世界的数据。SystemView 提供的与仿真工具 Matlab 和编程语言 VC+的借口，可以很方便的调用其函数。除了一般的方案论证外，SystemView 还提供了与硬件设计的接口。与 Xilinx 公司的软件 CoreGenerator 配套，可以将 SystemView 系统中的部分器件生成下载 FPGA 芯片所需的数据文件；DSP 芯片设计的借口，可
16、以将其 DPS 库中的部分器件生成 DPS 芯片编程的 C 语言源代码。在系统设计仿真时，SystemView 能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图符，并在编译时给出系统行的大约时间，方便设计人员渐进行调试。其带有的 APG 功能可以利用 VC环境，将系统编译成可脱离 SystemView 独立运行的可执行文件，同时大大提高了运行速度，在内存较大时效果尤为明显。理工大学学士学位论文4在系统仿真方面，SystemView 提供了一个灵活的动态探针功能，可以仿真实际的示波器或频谱分析仪的工作。真实而灵活的分析窗口用以检查系统的波形、
17、内部数据的图形放大、缩小、滚动等，通过单机鼠标就能很方便地实现。分析窗口带有的“接收计算器”功能强大，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析等。 32.2 SystemView 简介SystemView 是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般系统的数学模型建立等各个领域，SystemView 在友好且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。（1）强大的仿真设计功能。利用 SystemView，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，可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。
18、起特色是，利用它如幅频特性（波特图） 、传递函数、根轨迹图等之间的转换。它还可以实时地仿真各种位真的 DSP 结构，并进行各种系统的时域和频域分析、谱分析，以及对各种逻辑电路、射频/模拟电路进行理论分析和失真分析等。（2）丰富的库资源。SystemView 的基本库中包括多种信号源、接收窗、加法器、乘法器，各种函数运算器等。另外，它还带有各种专业库如通信、逻辑、数字信号处理、射频/模拟等以备选择，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。随着现代通信技术的不断发展，无线移动通信技术已日趋完善。利用 SystemView 带有的IS-95 和 3GPP-FDD 扩展库，即可十分方便地完成第二
19、代无线移动通信 Q-CDMA 系统以及第三代无线移动通信 WCDMA 系统的设计和仿真。SystemView 还专门提供了对 Turbo 编码的系统仿真功能。数字业务是近年来发展起来的一个新领域，利用 SystemView 带有 DVB 库可以对其信号传输方式等进行分析与仿真。（3）开放友好的用户界面。利用 SystemView，无需与复杂的语言语句打交道，不必写一句代码，即可完成对各种系统的设计与仿真。可以象搭积木一样，快速的建立和修改系统，访问与调整参数，极其方便得加入注释。SystemView 操作简便，图标系统形象直观，方便了从思路仿真、方案论证到硬件设计的实现。同时它具有与外部文件的
20、借口，可直接读入真实的数据，并对其进行处理。也可将处理结果输出到外部数据文件。另外，它还提供了与编程语言 Visula C+以及仿真工具 Matlab 的接口，用户可以很方便地调用其函数或自定义图标功能。理工大学学士学位论文5（4）灵活的硬件设计接口。除了一般的方案论证外，SystemView 还提供了与多种硬件设计工具的接口：与 Xilinx 公司的软件 CORE Generato 配套，可以将 SystemView 系统中的部分器件生成下载 FPGA 芯片所需的数据文件；通过与 TI 公司 DSP 设计工具 CCS（Code Cmposer Ssudio）的接口，可以将其 DSP 库中的部
21、分器件生成 DSP芯片编程的 C 语言源代码，或在系统仿真中嵌入实际硬件电路；通过与 Xpedion 公司的射频/微波仿真工具的接口，可以将系统仿真与电路级仿真结合起来，对分立元期间的射频/微波特性进行仿真。（5）智能化的辅助设计。在系统设计仿真时，SystemView 能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过现实指出出错的图标。这个功能对用户系统的诊断十分有效。它还可以在编译时，给出系统运行的大约时间，方便了设计人员进行调试。其带有的 APG 功能可以利用 C+环境，将系统编译成可脱离 SystemView 独立运行的可执行文件，同时可大大提高运
22、行速度和仿真效率，在内存较大时效果尤为明显。（6）动态的分析和后处理。在系统仿真方面，SystemView 还提供了一个灵活的动态探针功能，可以对真实的示波器或频谱分析仪进行仿真。另外，还有真实而灵活的分析窗口用以检查系统波形。内部数据的图形放大、缩小、滚动等，全部可以通过鼠标操作很方便地实现。其附带的“接收计算器”功能强大，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波等。2.3 设计窗口设计窗口如图 3.1 所示，所有系统的设计、搭建等基本操作，都是在设计窗口内完成的。设计窗口主要包含以下部分：（1）设计区域：供用户完成各种系统的搭建；（2）菜单栏：通过菜单栏可以执行 SystemView
23、 的各项功能；（3）工具栏：包含了在系统设计、仿真中可能用到的文件、图标、系统等的各种操作按钮，如图 3.2 所示，依次分别为库选择、打开保存文件、打印、清除、删除、断开连接、连接、复制、图标反向、注释、生成子系统、展开子系统、根轨迹图、波特图、重绘、停止、运行、定时、分析窗口；（4）提示信息区：当鼠标置于某一工具按钮上，在该处会显示对该按钮的说明和提示信息；理工大学学士学位论文6（5）消息显示区：用来显示系统仿真的状态信息；（6）图标库区：可以通过库切换按钮来选择基本库、专业库、扩展库的库资源；（7）动态方针：可以仿真示波器或频谱分析仪的功能；图 3.1 SystemView 的设计窗口图 3.2 设计窗口的工具栏（8）进程显示：在仿真运行的过程中显示整个运行进行的程度。在设计窗口内，只须单击鼠标及输入必要的参数，就可以通过设置各图标、对各图标进行连接等操作，完成一个完整系统的基本搭建工作，创建各种连续域或离散域的系统。2.4 分析窗口分析窗口是观察用户运行结果数据的基本载体。利用它可以观察某一系统运行的结果及对该结果进行的各种分析。如图 3.3 所示。在该窗口下有多种选项可以增强显示的灵活性。在系统设计窗口中单击“Analysis Windows”按钮，即可访问分析窗口。在分析窗口中单击“SystemWindow”按钮，即可返回系统设计窗口。
