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网格编码调制

编码调制技术

在传统的数字传输系统中，发送端和接收端的纠错与调制电路是两个独立的部分，而纠错编码会带来频带利用率的下降。为了提高频带的利用率，同时也希望在不增加信道传输带宽的前提下降低差错率，可以把编码和调制相结合统一进行设计，这就是所谓的网格编码调制(trellis coded modulation)，简称TCM。

编码调制技术是一种将编码与调制有机结合起来的编码调制技术，这种方法既不降低频带利用率，也不降低功率利用率，而是以设备的复杂化为代价换取编码增益。可使系统的频带利用率和功率资源同时得到有效利用。利用状态记忆和分集映射来增大编码序列之间距离的办法，来提高编码增益。
原理
在数字调制中，不同的编码值可用幅度-相位空间(信号空间)中不同的点来表示。如果不增加信号空间的维数，仅增加信号点的数目，引入多余度，这样既不会增加传输带宽又可利用多余度进行编码。我们只需要按某种规则安排这些信号点的位置，使它与输入数码呈现某种映射关系，并可将这些信号序列模型化成为网格状态，因而称之为网格编码调制。TCM可以在mQAM或mPSK基础上，将编码器和调制器当作一个整体来进行设计。
根据上述编码调制的特点，对于多电平、多相位的二维信号空间，可以把信号点集不断地分解为 2、4、8、…个子集，使它们中信号点的距离不断增大。
图1画出一种编码的 8PSK方式的集合划分，所有8个信号点均匀分布在一个圆周上，都具有单位能量。经过连续三次划分以后，分别产生2、4、8个子集，它们的共同特点是，两个独立信号点之间的最小信号点距离Di 逐次增大，即D0
根据上述集合划分映射的思想，可以设计出一种简单高效的TCM编码方法。设输入码有n比特，在采用mPSK调制时，有同相分量和正交分量。因此无编码调制时，在二维信号空
图1 8PSK的集合划分
间应有2个信号点与它对应。在编码调制时，为增加冗余度，用2个信号点。例如，待编码字以2bit为一组，其中1bit码字加到编码效率为1/2的卷积编码器的输入端，输出2bit，用此2bit选择图2中相应4个子集。剩余的未编码的1bit用于确定子集中的信号点。在接收端可采用维特比算法进行解调。可用编码增益来表征调制性能的优劣，信号点之间的距离越大，编码增益越高。据计算，TCM的8PSK调制比通常的4PSK的编码增益高3dB。
图2 四相叠加法框图
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