基于RS与卷积级联码的信道编码仿真系统

资 源 简 介

本项目构建了一个完整的级联编码仿真平台，采用RS码作为外码、卷积码作为内码，并在内外码之间引入交织技术以增强抗突发干扰能力。系统核心功能涵盖了从信源产生、级联编码、信道传输到解码还原的全过程。针对用户遇到的reshape错误（t1=reshape(raw_data,8,13)），本项目在实现中通过动态计算和数据对齐逻辑，确保在进行矩阵重塑操作前，待处理数据的总长度与目标矩阵大小（104个元素）严格匹配，避免因元素数目不等导致的运行中断。项目支持用户自定义调节信噪比、编码速率、约束长度、交织深度等关键参数，

详 情 说 明

基于级联码的信道编码仿真与性能分析系统

项目介绍

本项目设计并实现了一个高性能的通信链路仿真系统，专门针对高可靠性传输场景（如卫星通信、深空通信）中的误码控制需求。系统采用级联码（Concatenated Codes）架构，将Reed-Solomon（RS）码作为外码用以纠正突发错误，将卷积码作为内码用以纠正随机错误，并在两者之间结合交织技术，显著提升了系统在复杂信道环境下的抗干扰性能。

功能特性

1. 级联编码方案：完整实现了 RS(15, 13) 与 1/2 码率卷积码的嵌套逻辑。
2. 动态维度对其：内置维度检查逻辑，通过动态补零或截断机制，彻底解决了数据重塑（reshape）过程中常见的维度不匹配错误。
3. 交织技术：利用矩形交织器分散突发错误，提高 Viterbi 译码器后的外码纠错效率。
4. 全流程仿真：涵盖信源产生、编码、BPSK调制、AWGN信道模拟、硬判决译码及解交织全过程。
5. 自动化性能评估：支持自定义信噪比（Eb/No）范围，自动生成误码率（BER）性能曲线，并分析纠错增益。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 必备工具箱：Communications Toolbox（用于 RS 编解码、卷积编解码及 GF 域运算）。

系统实现逻辑与算法说明

系统仿真严格遵循以下链路顺序：

1. 参数初始化与信源产生

系统预设信噪比范围为 0 至 6 dB。信源根据交织深度和 RS 码信息长度 K 动态产生二进制比特流。为了模拟真实的用户需求，数据处理单元被划分为多个 RS 信息块。

2. 矩阵维度动态校验

针对 reshape 操作中可能出现的元素数目不等问题，系统通过专门的校验函数计算输入长度与目标矩阵（m x K x Depth）的差距。若数据长度不足，则执行补零操作；若超出，则进行截断。这一步骤确保了后续 RS 编码和交织操作的矩阵运算安全性。

3. 外码编码（RS 编码）

将二进制序列转换为 GF(2^8) 域上的符号。每个 RS(15, 13) 码字包含 13 个信息符号和 2 个校验符号。系统按交织深度循环执行编码，将处理后的符号流映射回比特形式，准备进入交织阶段。

4. 矩形交织逻辑

交织器采用 Depth x Width 的矩阵结构。将 RS 编码后的比特流按行写入矩阵并按列读出，从而打乱数据的连续性。在解交织阶段则执行相反操作，旨在将信道中产生的连续突发错误分散为随机错误。

5. 内码编码（卷积编码）

使用约束长度为 7，生成多项式为 [171, 133]（八进制）的卷积码。该配置是经典的工程应用参数，配合 Viterbi 译码能提供稳健的增益。

6. 信道传输与调制

系统执行 BPSK 调制（1 映射为 -1，0 映射为 1），并根据当前的码率损失（考虑到 RS 码率和卷积码率）计算等效噪声标准差，在 AWGN 信道中叠加高斯白噪声。

7. Viterbi 序列检测

接收端首先进行硬判决，随后利用 Viterbi 算法进行最大似然序列译码。针对 Viterbi 算法固有的回溯延迟（tblen），系统实现了延迟补偿逻辑，通过切片对齐确保输出比特序列与发送端相位一致。

8. 解交织与 RS 译码

经过解交织还原比特顺序后，系统重新将数据构造为 GF 域符号。RS 译码器对每个码字进行纠错，并输出最终还原的二进制比特流。

关键函数与实现细节分析

1. 维度对齐函数：

该函数通过计算目标总长度 (m * K * depth) 并对比实际输入长度，动态补齐缺失的比特位。这种预防性检查机制增强了代码的鲁棒性，能够处理任意长度的输入信号而不触发运行中断。

1. 级联增益实现：

内码（卷积码）在低信噪比下纠正大部分随机噪声，但其输出的残余错误往往呈突发性。通过交织器将这些突发错误均匀化，使得外码（RS 码）能够发挥其纠正突发符号错误的特长，从而在信噪比曲线中形成陡峭的性能下降段。

1. 回溯对齐校准：

在内译码阶段，由 vitdec 函数产生的 tblen 个初始零比特被剔除，并在流末尾补偿相同长度，确保了前后端数据逐比特比较的准确性，这是计算 BER 的核心前提。

使用方法

1. 配置参数：根据需求在脚本顶部的参数设置模块修改信噪比范围（EbNo_dB）、交织深度（inter_depth）或仿真帧数。
2. 启动仿真：并在 MATLAB 命令行窗口运行脚本。
3. 查看结果：系统将实时打印每个信噪比下的误码计数，并在结束后自动弹出 BER 性能曲线图。
4. 分析结果：通过生成的半对数坐标图分析系统在不同 Eb/No 下的纠错能力及达到目标 BER（如 1e-4）所需的信噪比。