BCH纠错码的性能分析与仿真实.docx

毕业设计（论文）BCH纠错码的性能分析与仿真实现大学毕业设计（论文）任务书学号8学生姓名专业班级电子信息工程课题题目名称BCH纠错码的性能分析与仿真实现题目性质软件题目来源自选主要内容分析BCH码的编码和译码算法。设计该算法的软件实现方案给出BCH码的编码和译码的软件模块基木要求I.选择BCH码的迭代译码算法作为译码方法进行仿真2.选用高级语言实现算法参号资料1 .张宗橙，编著.纠错编码原理与应用.北京：电子工业出版社，2003.2 .张传生.数字通信原理.陕西：西安交通大学出版社，1995.3 .张力军，张宗橙，郑保玉，等译.美IJohnGProakis著数字通信（第四版）.北京：电子工业出版社，2003.4 .王可定,计算机摸拟及其应用，东南大学出社，1997.5 .王新梅.纠错码与差错控制.北京：人民邮电出版社，1989.6 .袁东风.移动数字信道差错控制系统性能估计与计算机模拟.山东大学学报，1996,4.周次14周58周9一12周1316周1718周应完成的内容阅读材料熟悉内容设计软件实现方案软件编程软件调试总结写毕业论文指导教师：许成谦职称：教授2007年5月30日系级教学单位审批：年月曰学院:系级教学单位：通信工程系科技的发展给人们的生活带来了日新月异的变化，在这个信息时代，存储、恢复、恢复和传输数据不但对速度，而且对准确性有着越来越高的需求。通信技术的进步更是对社会的文明发展与进步产生着深刻的影响。人们对高数据速率的要求推动了个人移动通信技术的迅速发展。众所周知的，在现代通信系统中，纠错码技术是实现可靠通信的基本方法；所以越来越快的传输速率要求更好的信道编码及相应的译码方式，极大改善无线通信环境下的通信效能。本文通过对信息论发展的介绍引出编码技术基础概念，重点介绍了BCH码的编码原理和译码算法。根据马尔可夫三状态模型来模拟移动通信信道长突发误码的概率模型，并根据此模型给出的参数模拟完成了BCH码的编码和译码过程。最后实现了BCH纠错码的性能分析与仿真，结果表明，用马尔可夫三状态模型表示移动信道具有较高的精度，BCH编码具有较好的纠错性能。关键词移动信道；纠错码；BCH码；模拟仿真；乘同余法AbstractScientificdevelopmentbringsgreatchangetoourdailylife,inthisageofinformation,thereisincreasingneednotonlyforspeed,butalsoforaccuracyinthestorage,retrieval,andtransmissionofdate,andtheadvancementofcommunicationtechniquealsogiveprofoundinfluencetoourcivilization.People'sdemandsforthehigh-speeddatatransmissionpromotethedevelopmentofPCS.Asweallknown,inthemoderncommunicationsystem,error-correctioncodeisafundamentaltechniquewhichcanguaranteesreliablecommunication.Thelifetransformationrateisbecamemoreandmorefast,somorebetterchannelcodinganddecodingwaysareneeded,soastoimproveextremelycommunicationefficiencyandquality.InthispaperWeintroducedtheinformationtheorythendrawsoutthefundamentalconceptofthecodingtechnology,andintroducedtheBCHcodingprincipleandthedecodingalgorithmwithemphasis.TheMarkovmodelthreestatesareusedfortheprobabilitymodelinthedigitalmobilecommunicationchannelwithlongbursterror.Bymeansofasimplifiedmethodandbyuseoftheerror-codesgeneratebytheparametersofthemodel.Atlast,wecompletethesimulationandanalysisofBCHerrorcode,theanalogueresultindicatedthat,withtheMarkovmodelthreestatesexpressthemotionchannelhasahigherprecision,andtheBCHcodehasthebettererrorcorrectionperformance.KeywordsMobileradiochannelErrorcodeBCHcodeAnalogemulationMultiplicativeCongruentialmethod摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题背景11.2 信息理论的发展11.3 研究的内容和安排2第2章纠错码的基础理论32.1 编码技术的产生32.1.1 纠错码的分类32.1.2 信道错误种类42.1.3 差错控制系统分类42.1.4 差错控制编码的基本原理72.1.5 差错控制编码的分类82.2 纠错编码的基本原理与分析方法82.2.1 信道编码公式的研究82.2.2 纠错码概念的分析102.3 常用检错码与纠错码112.3.1 等重码112.3.2 群计数和水平计数112.3.3 海明码112.3.4 卷积码122.4 检错码与纠错码122.4.1 纠错码122.4.2 检错码132.4.3 检错码与纠错码的关系142.5 本章小结14第3章BCH纠错码的编码和译码原理153.1 BCH码的特点153.1.1 BCH码的生成多项式153.1.2 BCH码的几种常见码153.2 BCH码的编码原理163.3 BCH码的结构及BCH码的一般编译方法163.3.1 BCH码的结构173.3.2 多元BCH码173.3.3 BCH码的一般编译方法173.3.4 BCH码的新型译码方法183.3.5 BCH码的硬判决译码方法193.3.6 BCH码的Chase译码算法203.4 本章小结20第4章BCH纠错码的仿真实现214.1 伪随机数的选取214.1.1 引言214.2 产生随机数的一般方法234.2.1 利用随机数表234.2.2 利用数学方法244.2.3 利用物理随机数发生器254.2.4 乘同余法产生随机数254.2.5 混同余法产生随机数264.3 BCH码的仿真及分析274.4 本章小结29结论31参考文献33附录135附录239附录343附录451致谢63第1章绪论1.1 课题背景近些年，随着科学技术尤其是信息技术的飞速发展使人类跨入了高度发达的信息化时代，在政治、军事、经济等各个领域，信息的重要性不言而喻，因而有关信息理论的研究将越来越受到关注。信息论理论基础的建立，一般来说开始于香农研究通信系统所取得的成就。信息在早期的定义由奈奎斯特和哈特利在20世纪20年代提出，1924年奈奎斯特解释了信号带宽和信息速率之间的关系；1928年哈特利最早研究了通信系统传输信息的能力，给出了信息度量的方法；香农在1941年至1944年对通信系统和密码进行深入研究，并用概率论的方法研究通信系统,揭示了通信系统传递的对象就是信息，并对信息给以科学的定量描述，提出了信息病的概念同时指出通信系统的主要问题是在噪声下如何有效而可靠地传送信息；而实现这一目标的主要方法是编码。香农也因此成为信息论的奠基人。20世纪50年代信息论在学术界引起了巨大反响。20世纪60年代信道编码技术把代数方法引入到纠错码的研究，使分组码技术的发展到了高峰，找到了大量可纠正多个错误的码，提出了序列译码和Viterbi译码方法，并被美国卫星通信系统采用，这同时也使香农理论成为真正意义上的科学理论。1982年UngerboeckG.提出了将信道编码和调制结合在一起的网格编码调制方法，这种方法无需增大带宽和功率，以增加设备的复杂度换取编码增益，受到了广泛关注，在目前的通信系统中占据统治地位。香农在1948年提出了无失真信源编码定理，也给出了简单的编码方法。1.2 信息理论的发展近30多年来，信息领域的研究日益活跃，大量的有关信息论文被发表，使多用户信息论的理论日趋完整。信息在传输中的误码率逐渐降低，甚至在某些领域已经达到了几乎可以忽略不计的程度。但是，在信息传输过程中，误差总是存在的，尽管是微乎其微的，在高科技领域内，信息起着关键性作用，差之毫厘，失之千里，不可有丝毫的忽视。因此，虽然信息传输过程中误码率很低，但是，为了保证信息的精确性，译码过程中的检错和纠错仍然是必不可少的一个部分。而且现代社会中无线通信更是对信道的可靠性提出了越来越高的要求；尤其在进入21世纪后，中国的无线移动通信事业正在以前所未有的速度向前发展，在国家“863”计划的大力支持下，以自主创新为主要目标的“第四代”移动通信技术正在如火如荼地展开。下一代系统最主要的特征是高速带宽的传输系统。为此系统的设计应着眼于更大的容量、更高的传输效率、更可靠的传输质量和性能。因此，使用信道纠错编码来提高通信的可靠性越来越为人们所关注。信道模型的研究也将为纠错编码的计算机模型，纠错方案的选择及其优劣比较、性能估计提供重要的依据。1.3 研究的内容和安排随着电子技术和现代计算机技术的迅猛发展，移动通信已从原来的低容量、小区域、模拟式和单一功能向高容量、大区域、数字式和多功能的方向发展。由于通信业务的不断扩展，移动频带越来越拥挤，人为干扰和环境干扰越来越严重；另外人们对通信质量的要求也越来越高；但是移动信道其本身的环境是极其恶劣的，多路径效应造成的快衰落和地形、阴影效应造成的慢衰落产生了移动信道的长突发误码形式。它的这种特性使通常使用的混合或随机模型不切实际。而且，对于移动通信来说，恶劣的信道特性是不可回避的问题，要在这样的传播条件下保持可以接收的传输质量，就必须采用各种技术措施来抵消衰落的不利影响，这就是各种抗衰落技术，它包括分集、扩频/跳频、均衡、交织和纠错编码等技术叫BeH纠错码是线性循环码的重要子类，由于其编码算法简单，译码速度快，硬件实现复杂度低、经济实惠等优点被广泛使用，经由BCH纠错码处理的器件多具有体积小，速度快，性能稳定并可以自动提高系统的抗干扰能力；因此BCH的出现为通信系统设计者在纠错能力、码长和码率的选择和控制上提供了很大的灵活性，BCH纠错码的出现极大改善了通信效能。本文根据部分文献，提出建立在马尔可夫模型，它比其他的模型能更精确地反映出突发错误的特性”主要内容的安排将从以下几个方面展开：第1章从信息理论的发展及意义出发说明了BCH纠错码的主要优点并对论文进行了安排；第2章从编码技术的产生以及纠错码和差错控制系统的分类出发分析了纠