基于信道编码的通信质量研究及MATLAB仿真实现开题报告

 2020-02-18 07:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

信道是信息传输的通道,其作用主要在于传输与存储信息;信道编码是数字通信系统的重要组成部分,是将信息从信息源端可靠地传输到信宿端的主要技术方法。由于传输信道存在一定的噪声和衰减,必然会在传输的信号 中引入失真,导致接收端信号判决错误,因此为了降低平均差错率pe,需要采用信道编码即纠错编码(也称差错控制编码)来检测和纠正这些错误。然后在信道输出端加信道译码器进行信息还原,只要信道编码和译码的方法得当,就可使平均差错率pe趋于零。

信道编码的目的是提高信息传输时的抗干扰能力以增加信息传输的可靠性。其实质是在信息序列中嵌入一定数量的冗余码元也称监督码元,从而可以使由满足一定约束关系的信息码元和冗余码元共同组成的一个码字在通过信道传输达到在接收端时具有判错和纠错能力的目的,但由于冗余码元的加入会使有用的信息数据传输减少。一个好的信道编码所生成的码字应该是使码字集合中所有码字之间的区别尽可能大,从而使信息传输后无法检测或无法纠错的错误尽可能少。在固定带宽的信道中总的传送码率也是固定的,因为信道编码增加了冗余码元而减少了有用信息的占比,所以信道编码只能是以降低传送有用信息码率为代价达到提高通信系统可靠性的目的。

信道编码根据不同的分类原则可以有多种分类方法,如按照纠错能力可以分为检错码、纠错码和纠删码,目前几乎所有得到实际应用的纠错码都是线性的;按照编码输出与输入之间的关系不同可以分为线性码和非线性码。常用的信道编码方法有分组码(如线性分组码、循环码、bch码、rs码、ldpc码等)、卷积码和级联码(turbo码)。1948年现代信息和编码理论的奠基人c.e.shannon提出了著名的有噪信道编码定理,给出了有效差错控制码的存在性证明,为信道编码的研究和发展提供了思路和方向;1951年由r.w.hamming提出的汉明码就是一种能纠正单个错误的线性分组码,由n.prange在1957年提出且目前研究最成熟的循环码也是线性分组码中的一个重要分类,现在大多数有实用价值的纠错码都属于循环码范畴。功能强大的bch码是1959年由发现这种码的三个人的名字(bose,chaudhuri,hocquenghem)来命名的,它特别适合于不太长的码,故在无线通信系统中获得广泛应用。而里德-索洛蒙码,即rs码,就是一类具有很强纠错能力的多进制bch码。编码效率等于有用比特数除以总比特数,不同的编码方式,其编码效率有所不同,因此了解信道的特性,选择合适的信道编码方法,就可以更好地进行信息传输和保证信息传输的正确性。

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2. 研究的基本内容与方案

在一个特定的信道模型下进行信息传输时,该信道的信道容量C是固定的;每个既定的信道都存在一个最大的信息(传输)率R,这个最大的信息率R就定义为该信道的信道容量C。根据香农第二定理,即有噪信道编码定理,若信道是离散、无记忆、平稳的,只要待传送的信息率R小于信道容量C,就一定能找到一种信道编码方法,使得信息的码长N足够大时,传输的平均译码差错率Pe可以任意接近于零。虽然香农并没有给出切实可行的方法,但其理论也是给我们提供了思路和方向;因此我们需要针对具有不同干扰特性的各种信道选择采用能使其编码效率高、抗干扰性能好的信道编码,使其能够在满足一定的信道容量C的条件下,平均差错率Pe达到最优,提高信息传输的可靠性。所以找到与既定的信道模型达成最佳匹配的信道编码,就是这次研究的基本内容和目标。

根据所研究的内容,我采取的技术方案和措施是:首先要建立一个确定的信道模型,首先了解有关信道容量C的概念并理解和熟悉信道容量C和信道编码的基本关系,然后再探讨一些常用的信道编码,并针对所建立的具体信道模型,分析得到最合适的信道编码与之相匹配,使该既定信道信息传输的误码率Pe尽可能的小。最后,利用MATLAB软件对同一信道模型采用不同的信道编码进行仿真实现,通过对比和分析仿真得到的相应性能曲线及性能指标,得到最终的结论。

3. 研究计划与安排

第一周:根据设计题目查阅收集相关参考文献资料,明确研究内容。

第二周~第三周:理解研究所需的相关参考文献及技术,确定技术方案,完成开题报告。

第四周~第十四周:进入设计论文阶段,完成任务书所要求的设计内容。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 刘东华.向良军.信道编码与matlab仿真.北京:电子工业出版社,2014.

[2] 吕锋.王虹.刘皓春.信息理论与编码.北京:人民邮电出版社,2008.

[3] 樊昌信.曹丽娜.通信原理(第6版).北京:国防工业出版社,2007.

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