第七章TCM编码调制.ppt

第7章 网格编码调制（ Trellis Coded Modulation TCM );对于多相信号MpSK;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-coding scheme）相结合。;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。;2、TCM的做法;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（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）。;3、4状态8PSK-TCM编码举例;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。 ;TCM的主要目标;4、卷积编??器;卷积编码的网格图;卷积编码的思想;5、4状态8PSK-TCM波形映射;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。 问题：能否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。; 引出两个问题 哪点之间的距离近，哪些点之间的距离远？（分割问题） 采用什么样的映射方法？（映射问题）;0;7.2 网格编码思想;TCM编码器：假设发射机带有一个检测单元，当信道比特进入系统时， 可以识别出来其中某些信道比特最易受到信道的损害，于是就将这些比特映射成为具有最好距离属性的调制波形； 而对于那些相对强壮的比特，则被映射成具有较弱距离属性的波形。 在TCM中，调制和编码同时进行，检测单元根据属性的好坏，为信道码元分配波形。;1、增加信号冗余度;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。;2、调制波形的增加;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。;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能。 ;7.3 TCM编码;8PSK信号集的Ungerboeck分割;7.3.2 波形到网格转换的映射;（4）从同一状态出发的转移，其波形取自B0或B1子集，两个子集不能存在交集； （5）进入同一状态的转移，其波形取自B0或B1子集，两个子集绝不能存在交集； （6）平行转移波形取自子集C0或C1 、 C2或C3 ，子集间不能存在交集。;按上述规则构建的编码调制，其欧式自由距离总会超过无编码相同调制情况下信号点间的最小距离。 违反规则将产生非最佳的结果。 ;有平行状态的4状态网格图;7.4 TCM译码;7.5 具有4状态网格图的8PSK的性能;4状态8PSK的自由欧式距离计算;观测路径V1：标有波形号4的候选路径，从波形V0到波形V1的距离为：波形0到波形4的平行路径距离为 观测V2路径：标有波形号2、1、2的候选差错路径，从路径V0错到V2的距离为： 计算波形0到波形2、波形1到波形0、波形2到波形0的距离平方和为： ;具有4状态网格图的8PSK的编码增益;具有4状态网格图的8PSK的编码增益;平行路径: 只要状态数小于编码波形的大小M’，网格图就需要平行路径。因此4状态的8PSK网格图需要有平行路径。 若在每个调制信号内有 k 个信道比特被编码，网格图中每个状态向下一状态转移的可能方式应该有 2k 个。 对于编码8PSK系统，每个波形代表n=k+1=3个信道比特或k=2个信息比特 粗略地看，没有平行路径也可满足要求。然而，如果没有平行路径，无法满足前面的规则4和5。所以平行状态是必须的。;具有8状态网格图的8PSK的网格图;具有8状态网格图的8PSK的编码增益;编译码复杂度的提高