第7天津大学侯春萍老师通信原理课件之TCM编码调制.ppt
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1、2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,1,第7章 网格编码调制 ( Trellis Coded Modulation TCM ),实时系统采用的节省带宽的方法; 加入纠错编码带来的新问题(见MPSK差错概率曲线); 调制与纠错编码本质上是一致的; 调制编码的发展。,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,2,多相信号MPSK,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,3,7.1 TCM概述 1、网格编码的优点 调制和编码统一考虑; 可以在不降低信息速率、不增加带宽或功率的情况下获得编码增益; TCM将多电平/多相位调制信号与网格编码方法(trellis-codin
2、g scheme)相结合。,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,4,Ungerboeck证明: 相对于无编码系统,在AWGN信道中采用TCM方式可以产生大约3dB的编码增益。 若编码的复杂性增大,还可以获得约6dB的增益。,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,5,2、理解TCM,假设:发射机有一个检测单元,当信息bit进入系统时,识别器能识别出最易受损的bit; 实际情况:星座图中不是所有的信号子集都具有相等的距离属性; 矛盾?代价? TCM的目的:易受信道损害的bit被映射成具有最好距离属性的调制波形,相对强健的bit,被映射成为较弱距离属性的波形。,2019/4
3、/7,天津大学电子信息工程学院通信系,6,映射的本质: 8PSK信号星座图各点之间的欧式距离不同。有些点之间的距离大,有些点之间的距离小。 解决的问题:将重要的比特映射成之间距离远的点,将不重要的比特映射成距离近的点。,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,7,3、如何实现TCM目标,TCM编码:使信道码元序列映射到信号空间(波形空间)所形成的路径之间的最小欧式距离(自由距离)为最大。 TCM译码:根据接收到的信号,从接收码序列可能的路径中选择出最似然的路径进行译码。比起逐个信号解调译码,性能要好很多。,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,8,4状态8PSK-TCM编
4、码举例,4状态8PSK-TCM编码器的结构如图所示: 无编码:一个码元传输2个比特,用4PSK调制; 有编码:带宽不变,采用2/3卷积编码,一个码元需要传输3个比特,必须采用8PSK调制。,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,9,4、TCM的做法,TCM做法:在每个码元持续时间内,TCM有限状态编码器从波形集中选择一个波形,作为传输的编码波形序列; TCM目的:既要提高系统性能,又不能增加系统的传输带宽; 矛盾?代价? 网格编码:具有记忆功能的编码,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,10,为了降低误码率,加纠错编码。把信源符号集扩展一倍,为纠错编码提供所需的冗余度
5、(如采用1/2卷积编码); 为了不增加信道带宽,将用于调制信号码元的波形也扩展一倍(如4PSK 8PSK)。,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,11,传统的调制、纠错编码 一般信道编码的考虑 TCM把信道编码与调制星座图看成一个总体来设计。 从编码框图上看:映射方法不同!,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,12,5、4状态8PSK-TCM波形映射,4状态8PSK-TCM编码器的结构如图所示: 问题: 能否像卷积码那样,波形的映射满足一定的关系?映射成网格图上的一条路径?,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,13,引出两个问题 哪些点之间的距离近,哪
6、些点之间的距离远?(分割问题) 采用什么样的映射方法?(映射问题),2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,14,8PSK分割,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,15,7.2 网格编码的实现方法,将编码和调制统一考虑,提高系统性能,不增加系统带宽。 增加冗余度,增强系统性能 增加调制波形集,避免带宽增加,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,16,1、增加信号冗余度,用卷积编码器增加信号的冗余度 (n,k,K)卷积码,有p个比特的冗余度。纠错编码的结果:信号集从2k增加到了2k+p TCM纠错编码:如果原来信号集为2k,扩展后的信号集为2*2k = 2k+
7、1,相当于增加了一位冗余度,p=1。,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,17,2、调制波形的增加,未编码4进制PAM,效率为2/3编码8进制PAM n=2+1,未编码4进制PSK,效率为2/3编码8进制PSK,未编码16进制QAM,效率为4/5编码32进制PSK,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,18,Ungerboeck得出的结论是:用如下方法进行编码和调制,可以获得编码增益: 对绝大多数常规的无编码多电平调制,首先将无编码的信号波形增加1倍。 再以效率k/(k+1)对信息比特进行纠错编码; 然后将(k+1)个信道比特映射成为2k+1个波形之一。,2019/4
8、/7,天津大学电子信息工程学院通信系,19,每个例子都假定: 编码前、后采用的平均功率相等。 为提供所需的冗余度,信号集从M=2k变为M=2k+1。从而有M =2M。 关键问题是: 符号集的增加,并没有导致所用带宽的增大。 因为非正交信号的传输带宽与星座图上信号点的密度无关。 非正交信号的传输带宽不依赖于星座图上信号点的密度,而只是取决于信号速率。,2019/4/7,天津大学电子信息工程学院通信系,20,TCM采用网格图来评估调制波形的距离属性: 目的:将波形映射成网格变换,从而增大最可能被混淆的波形之间的自由距离; 自由距离df :许用码序列集中各点之间的最小距离,自由距离决定了系统的差错性
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