网格编码调制

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第2章TCM编码语音处理技术及多址技术

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任意一个子信道中的正/余弦波和其他任何子信道中的正/余弦波都必然是正交的
0,Ts f
i
组成正交函数集
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正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM)是近年来备受关注的一种多载波调制方式。由于调制后信号的各个子载波是相互正交的，因此称为正交复用。 OFDM以减少和消除码间串扰(ISI)的影响来克服信道的频率选择性衰落。目前提出的OFDM方法有滤波法、偏置QAM法 (OQAM)和DFT法等。下面介绍利用DFT方法实现OFDM的原理。
5.格型编码调制(TCM) 多址技术
在传统上，数字调制与纠错编码是独立设计的。纠错编
码需要冗余度，而编码增益依靠降低信息传输效率来获得。在
限带信道中，则可通过加大调制信号来为纠错编码提供所需的冗余度，以避免信息传输速率因纠错编码的加入而降低。但若
调制和编码仍按传统的相互独立的方法设计，则不能得到满意
信号的选定引入某种依赖性，因而只有某些信号序列才是允许
出现的，而这些允许出现的信号序列可以采用网格图来描述，所以称为网格编码调制。正是由于这种前后信号点的选择具有
一定的规则关系，因此在解调时不光是检测本信号的参数，
7
还要观测其前面信号所经历的路由，判决时不只简单判决该信号点，还必须符合某确定路由，才能确定该点是否为所求的信号点。如果传输过程受到干扰，并引起信号点移位，接收机将比较所有与观测点有关的那些点，并选择最靠近观测点的路由所确定的最终信号点为所求的信号点，从而恢复出原数据信息码。这种解调方式称为软判决维特比译码解调。这种采用卷积编码的网格编码调制和采用软判决维特比译码技术的解调可获得3～6 dB的信噪比增益。TCM技术已使话

网格编码调制(TCM)

–14
为此，码字对应到星座点时还应遵照如下原则： (1).采用差分编码。如存在180°相位混淆需一位差分编码；如存在90、180、270相位混淆,则需两位差分编码。 (2).未差分编码的码元，应选择得不受相位混淆的影响，即相位混淆时其值不变。
–15
按上述准则，得各子集信号点与码字的对应分配关系如图6-4, 以及编码矩阵如式6-1-1。
–20
引入差分编码后就不怕180度相位混淆了，比如
原信息位： … 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 …
差分编码:
…0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 …
180相位差: … 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 … 差分译码: … 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 … 可见，相位混淆不再影响收码的正确性。
21
20

001 101
从网格图看，从一个状态转移到另一状态的路径不唯一，存在两条，称为“并行转移”。产生并行转移的原因是输入信息Xn2没有参与卷积编码，编码器状态转移仅与Xn1有关，而与Xn2 (即Yn2)究竟是1还是0无关，所以它的两种取值就构成了1Yn1Yn0和0Yn1Yn0两条并行转移路径。从另一角度看，每次输入的两位信息共有 22=4种组合，而其中只有一位对状态转移产生影响即只有21=2种转移，所以每转移应对应42=2 种Xn2Xn1组合即2种码字即一对并行转移（一条转移路线对应一种码字）。
000 110 100 010

C0 C1

C =

110 000 010 100

101 111 001 011 =

tcm_网格编码(MATLAB程序)

TCM——格状编码调制格状编码调制是为解决卫星通信中信道噪声对接收的影响及带宽的限制而产生的，其将信道编码与调制很好的结合起来，并且能发挥各自的优点，这种方法在不增加带宽和相同的信息速率下可获得3~6dB的功率增益。

其中信道编码主要使用卷积码，为了适应卷积码则应用了多进制移相键控调制（亦可用多进制QAM），并且根据Ungerboack提出的规律：对经过编码的调制系统来说，其信道信号数目只要是未经编码的调制系统的两倍，便可得到足够的编码增益，对于每符号传送k比特的系统，应选择有m=2k+1点的扩张信号星座形式传送信息，对于信号集合划分规则等不作太多的阐述，本实验选择k=2,则m=8，即使用8Q PSK调制器，为此，TCM结构图如下：卷积码编码器8φPSK调制器信道8φPSK解调器最大似然维特比译码器输入噪声输出其中为了得到足够大的编码增益，未编码比特为k’=1,对这样的系统卷积码编码器的结构为：x2x1R1R211111111111101234567去8φPSK调制器+y2y1y0对于卷积码的编码可用以下程序实现：k=1;g=[1 0 1;0 0 1];int=input('xulie')m=size(int,1);y=zeros(1,m)for n=1:my(:,n)=int(n,1)end;z=cnv_encd(g,k,y);并且在卷积码编码过程中，添零数为k1*(L-1)=2,(注：L=3)，再对序列进行图示的映射，可通过以下程序实现：tyu=length(z)/2;s=zeros(1,3*tyu);for i=1:ms(:,3*i-2)=int(i,2)ends(:,3*m+1)=0;s(:,3*(m+1)+1)=0;for j=1:tyus(:,3*j-1)=z(2*j-1)end;for k2=1:tyus(:,3*k2)=z(2*k2)end;uu=reshape(s,3,tyu);kk=uu'；（注意：对添零后卷积编码的处理），将编码处理后的信号进行调制，相位调制实现比较容易，对于通过信道后的解调，有两种实现途径：①接收信号通过相关器后，将接收到的信号矢量映射到M个可能发送的信号矢量上去，并且选出对应于最大映射的矢量；②亦可计算接收信号矢量的相位，并从M个可能发送的信号矢量中选出相位最接近的信号。

TCM网格编码调制技术编码增益分析

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信号与信息处理
ＴＭ网格编码调制技术编码增益分析Ｃ
胡炳轻（国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄００８）中５０１
摘要ＴＭ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，它既不增加频带宽度，又不降Ｃ
题，又通过推导分析渐进增益编码计算公式，得出计算公式偏大的重要结论，并通过比较仿真结果和计算结果验证了该结论。关键词ＴＭ；码增益；进编码增益Ｃ编渐
Ｔ９５Ｎ１文献标识码Ａ文章编号１０～３０（０８０ —０１００３１６２０）６０４～２
ｃｎｌｓｏａｅＡＣＧｙｔｅｆｒｌｓｌｒｅａｈｒｃｉａｏｎａｎ．ｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｐｏｅａｉｕｏｃｕｉｎｔｔｔｈｈｂｏｍｕａｉａｇｒｔｎｔｅｐａｔｌｃｄｉｇｇｉＴｉｌｔｅｕｔｒｖｓｔｔｔｓｓｍｍｉ－ｓｃｒｅｔｈｈｃｈｏｈｈｎｇｕｐｉｏｒｃ．
ＡｂｔａｔＴｓｒｃＣＭ，ａｌｒｌｓｃｄｅｄｕａｉｎ，ｓｈｏｉａｉｎｏｏｎｎｄｌｔｇ，ｉｈｎｉｅｎｃｅｓｓｂｎｗｉｔｏｎｍｅｙｔｅｌｏｄｍｏｌｔｏｉｉｔｅｃｍｂｎｔｏｆｃｄｉｇａｄｍｏｕａｉｎｗｈｃｅｔｒｉｒａｅａｄｄｎｒｈｈｄｃｅｓｓｄｔｒｔｅｒａｅａａａｅ，ｓｉＣｉｒｖｐｗｅｎｂｄｄｈｆｉｉｎｙｉｌｎｏｓｙ．ｉａｅｎｒｄｃｓｈｃｎｅｆＡＣＧａｄｈｅｏｔａｍｐｏｅｏｒａｄａｗｉｔｅｃｅｃｓｍｕｔｅｕｌＴｈｓｐｐｒｉｔｏｕｅｔｅｏｃｐｔｏｎｎａｎｔ

浅谈TCM调制技术

浅谈TCM调制技术
蒋金;孙中伟
【期刊名称】《科学与财富》
【年(卷),期】2013(000)006
【摘要】网格编码调制技术（TCM）是一种将编码与调制有机结合起来的编码调制技术，它既不增加频带宽度，又不降低信息传输速率，可使系统的频带利用率和功率资源同时得到有效利用。

本文首先介绍TCM的发展背景与研究现状，进而引出TCM的基本原理与特点，最后描述TCM的未来及发展趋势。

【总页数】1页(P57-57)
【作者】蒋金;孙中伟
【作者单位】华北电力大学北京 102206;华北电力大学北京 102206
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于连续相位调制的格状编码调制技术(TCM-CPM)研究
2.64层螺旋CT 的自动管电流调制技术（ATCM）的控制参数和辐射剂量的胸部模体实验研究
3.基于Matlab的网格编码调制技术（TCM）的仿真实现
4.基于TCM-OFDM自适应调制技术的宽带数据链系统
5.基于TCM-OFDM自适应调制技术的宽带数据链系统
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超短波电台中TCM的研究与实现

超短波电台中TCM 的研究与实现摘要：本文系统阐述了TCM 基本原理；介绍了TCM 设计思路和实现方法；分析了以卷积码级联MPSK 调制这样一种高效成熟的设计方案，并进行了系统的实验调试和性能测试。

关键词：网格编码调制（TCM ）；软件无线电；欧式自由距离；FPGA一、概述数字移动通信和未来的个人通信都面临着带宽受限和功率受限的双重压力，TCM （网格编码调制Trellis-Coded Modulation ）是一种将编码与调制联合考虑的纠错编码技术，该技术可以大大改善系统性能，从而被广泛应用到数字微波通信、卫星通信等各类高速数字传输系统中。

TCM 是Gottf ried Ungerboeck 于1982 年提出的一种新颖的、强有力的FEC 方案，在发送端能将差错控制编码同调制统一进行的多相位调制码。

它在接收端采用最大似然解调和解码,用维特比算法寻找最佳格状路径,以最小欧几里德距离为准则,采用软判决,解调出接收的信号序列。

该技术自问世伊始便得到了广泛的关注和研究。

经过十余年的发展,目前关于TCM 技术的研究已取得了极大的进展,其应用范围不断扩大,从最初的话带传输推广至卫星通信、短波通信等诸多通信领域，并有较多的ASIC 芯片问世,数据传输速率高达90Mbit/ s 。

二、 TCM 设计思路最佳的编码调制系统应按编码序列的欧式距离为调制设计的量度。

这就要求必须将编码器和调制器当作一个统一的整体进行综合设计，使得编码器和调制器级联后产生的编码信号序列具有最大的欧式自由距离。

从信号空间的角度看，这种最佳编码调制的设计实际上是一种对信号空间的最佳分割。

这就是近几年来发展起来的网格编码调制技术的基本原理。

对于限带信道，有两类网格编码调制，第一类是将卷积码和多电平(或多相位)信号组合起来，这类网格编码调制是由Ungerboeck 最先提出的。

第二类网格编码调制则是采用具有特定调制指数或频偏的连续相位移频键控(CPFSK)。

数字通信原理与技术(王兴亮)第 7 章差错控制编码

第 7 章差错控制编码
第 7 章差错控制编码
7.1 概述 7.2 常用的几种简单分组码 7.3 线性分组码 7.4 循环码 7.5 卷积码 *7.6 网格编码调制
第 7 章差错控制编码
7.1 概述
7.1.1 信道编码
在数字通信中，根据不同的目的，编码可分为信源编码和
信道编码。信源编码是为了提高数字信号的有效性以及为了使
G [Ik Q ]
1 1 Q 1 0
1 1 1 0 T P 0 1 1 1
第 7 章差错控制编码
7.3.3 伴随式(校正子)S
设发送码组A=［an-1,an-2,…,a1,a0］，在传输过程中可能发生误码。接收码组B=［bn-1,bn-2,…,b1,b0 ］，则收发码组之差定义为错误图样E，也称为误差矢量，即
为 0。此时，可以纠正单个错误，或者该码可以检出两个错误。
第 7 章差错控制编码
码的最小距离d0 直接关系着码的检错和纠错能力；任
一(n,k)分组码，若要在码字内:
(1) 检测e个随机错误，则要求码的最小距离d0≥e+1; (2) 纠正t个随机错误，则要求码的最小距离d0≥2t+1; (3) 纠正t个同时检测e(≥t)个随机错误，则要求码的最小
a n 1 a n 2 a 1 a 0 0
奇监督码情况相似，只是码组中“1”的数目为奇数，即满足条件
a n 1 a n 2 a 0 1
而检错能力与偶监督码相同。奇偶监督码的编码效率R为
R ( n 1) / n
第 7 章差错控制编码
的恒比码，即每个码组的长度为 5，其中 3 个“1”。这时可能

网格编码调制在无线信道下的应用

在无线信道下，网格编码调制技术进行了研究，对提出了基于无线信道的非对称调制信号集设计方案以及信号映射规则，进行了仿真。结果表明：在对称调制信号上，调制方式分别为４ＳＰＫ和８ＳＰＫ模式，编码器状态数增加相对于未编码时的ＢＳＰＫ
和ＱＳＰＫ编码增益可以得到提高；非对称调制信号集相对于对称调制信号集可进一步改善编码增益。因此，网格编码技术可以在功率和频率受限的通信系统中得广泛的应用。
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第４第ｌ２卷２期
文章编号１４４
计算机仿真
２７２０年ｌ月０
网格编码调制在无线信道下的应用
严家明，张艳锋，敏娟仵
（西北工业大学，陕西西安７０７）１０２，摘要：网格调制编码是将编码与调制相结合，利用信号集的冗余度来获取纠错能力。它通过增加系统设备复杂度解决了在不
增加信道带宽、降低有效信息传输速率的情况下获得明显的编码增益的问题，不同时使系统的频带和功率利用率达到最佳。
ｓｇａｓｓｏｈｔｉｃｅｓｎｈｕｅｆｓａｅｆｔｅｃｄｒｗｌｉｒｖｈｏｉｇｇｉｎｃｍｐｒｓｎｗｉｉｎｌｈｗｔａｎｒａｉｇｔｅｎｍｂｒｏｔｔｓｏｏｅｉｍｐｏｅｔｅｃｄｎａｎｉｏａｉｏｔｈｌｈｕｃｄｄｏｅＳｍｕａｉｎａｓｈｗｈｔｔｅａｙｎｏｅｎ．ｉｌｔｏｌｏｓｏｓｔａｈｓｍｍｅｒｃｐｒｉｏｃｅａｒｎｅｔｒｃｄｎａｎｔａｈｔｉａｔｉｎｓｈｍｅｃｎｂｉｇａｂｔｏｉｇｇｉｈｎｔｅｔｅｓｍｍｅｒｃｅ．ｉｉｍｐｏｅｔｅｅｒｒｂｔｃｒｅｔｎｉｈｙｔｍ．ＳｔｃｎｂｓｄｗｉｅｙｉｈｙｔｉｓｈｍｅＴｓｗｌｉｒｖｈｒｏｉｏｃｉｎｔｅｓｓｅｃｈｌｏｏｉａｅｕｅｄｌｎｔｅ

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1
C (比特/符号) 6
5
½ log2(1+SNR)
4
10-5
〇
16PSK
3
10-5
〇
8PSK
10-5
2
〇 4PSK
10-5
1
〇 2PSK
4.7 5.9
12.9
SNR
0┸ ┸ ┸ ┸ ┸ ┸ ┸ ┸ ┸ ┸ ┸ ┸ ┸ ┸
0 4 8 12 16 20 24 dB
图6-1 带限AWGN信道PSK调制时
10
• •0
• 1 •
• 2
•
••
B0
• •
• •
B•1
•
••
第0级
第1级
0=2sin(/8) 1= 2
C0 •000 100• 010 •
C1 • 110
C2• 001
101 •
011 • C3 • 111
第2级
2=2
距离
A
0
B0 B1 1
C0 C1 C2 C3 2
图6-4 8-PSK星座的子集分割 11
8
并行转移影响了卷积码的自由距离。如前述，自由距离是指从零状态分叉又回到零状态、与全0路径距离最小的那条路径的距离。对于如图 6-3码字(100)是与全零码(000)的并行转移，严格意义上它并没有“从零状态分叉又回到零状态”，但它的确是“与全0路径分叉又回到全0 路径”的一条路径，因此在计算自由距离时也必须包括并行距离，即自由距离不可能大于并行转移的距离。正因为如此，并行转移所对应的码距越大越好。对于二进码就是汉明距离越大越好，对于两维调制如PSK或QAM，就是星
网格编码调制是一种信号集空间编码(signalspace code)，它利用信号集的冗余度，保持符号率和功率不变，用大星座传送小比特数而获取纠错能力。为此，先将小比特数编码成大比特数，再设法按一定规律映射到大星座上去。
上述过程中，冗余比特的产生属于编码范畴，信号集星座的扩大与映射属于调制范畴，两者结合就是编码调制。比如，用具有携带3比特信息能力的8ASK或8PSK调制方式来传输2比特信息，叫做信号集冗余度，我们正是利用这种信号集空间(星座)的冗余度来获取纠错能力的。
Yn2
010 011 •
•
Yn1 100•
001 • 000
• •111
Yn0 101 • • 110 (Yn2 Yn1 Yn0)
图6-2 4状态8PSK网格编码调制器
6
Xn1
Sn1Sn0
10
00
01 00
01
11 10
10
00 01
•
000 100
•
010 110
010 110
11
10 11
•
Sn+11 = Sn0 Sn+10= Sn1⊕Xn1
可见，TCM码的6dB编码增益是相当可观的。
5
6.1.2 4状态8PSK TCM码结构
以4状态8PSK网格编码调制为例，如图6-2，它是Ungerboeck 1975研究出的第一种TCM码。
第一部分第二部分差分编码卷积编码
D
Xn2’
Xn2
Xn1’
Xn1 Sn1 Sn0
D D
第三部分分集映射
信道容量与SNR的关系曲线
2
进一步，我们也可以用16PSK、32PSK…传2比特信息，信噪比还可减小，但不可能超过香农公式规定的4.7dB的极限。这就是说，无论怎样努力至多只能再取得1.2dB增益，与8PSK代替4PSK取得 7dB增益相比，继续增大信号集将使设备变得复杂，代价大而收益小。因此，TCM码一般仅增加一位冗余校验，码率R写成m/m+1，表示每码元符号用2 m+1点的信号星座传送m比特信息。
Yn 2 = Xn2 Yn 1= Xn1 Yn 0= Sn0
Xn2Xn1
•
Sn1Sn0
Xn2 1
Xn2 0
00
Xn2 10 Xn2 00
01
Xn2 11 Xn2 01
10
Xn2 10 Xn2 00•11Xn2 11 Xn2 01
•
000 100
001
101
011 111
•
011 111
001 101
4
如果TCM码能有6dB编码增益，则在同等条件下相当于信噪比改善了6dB即信噪比值增大4 倍，代入香农公式可知信道容量增大到27125比特/秒。近年来由于自适应均衡技术的提高，电话信道上数据传输所占带宽不再局限于2400Hz, 。如果使用TCM码且把3100Hz都用上，则数据传输速率可达35KHz。这就解释了为什么现在的电话Modem一律都是TCM码且端-端最高数据传输速率为33.6KHz。
分集的结果产生了4个子集C0～C3，每子集与一组并行转移对应，对应的原则是： (1).从某一状态发出的子集源于同一个上级子集，比如C0、C1就是源于同一上级子集B0。 (2).到达某一状态的子集源于同一个上级子集。 (3).各子集在编码矩阵中出现的次数相等，并呈现出一定的对称性。
•
7
从网格图看，从一个状态转移到另一状态的路径不唯一，存在两条，称为“并行转移”。产生并行转移的原因是输入信息Xn2没有参与卷积编码，编码器状态转移仅与Xn1有关，而与Xn2 (即Yn2)究竟是1还是0无关，所以它的两种取值就构成了1Yn1Yn0和0Yn1Yn0两条并行转移路径。
从另一角度看，每次输入的两位信息共有 22=4种组合，而其中只有一位对状态转移产生影响即只有21=2种转移，所以每转移应对应42=2 种Xn2Xn1组合即2种码字即一对并行转移（一条转移路线对应一种码字）。
座上码字对应信号点的欧氏距离越大越好。
9
为此，我们将8PSK星座对半又对半地划分成子集(set partitioning),使每级子集具有逐级增大的距离，然后把并行转移的一组码字映射到点数相符的同一子集上，以保证并行转移具有最大的距离，这个过程叫作分集映射(mapping by set partitioning)，它使并行转移总是对应到星座的最远点距子集上。8PSK分集过程及各级距离 0 、 0、 1、 2见图6-4。
这个7db增益是指理论极限值，目前工程可实现的TCM码的最大编码增益不超过6dB。
3
各类信道的信噪比(SNR)有一个典型值。比如微波信道的SNR典型值取50dB, 移动信道取10～15 dB, 模拟电话信道取28dB等。
以电话信道，由对数值10lg(S/N)=28得信噪比S/R=631。电话信道标称带宽300～ 3400Hz，但适合数据传输的频段仅是600～ 3000Hz，带宽2400Hz。代入香农公式， C=2400log2(1+631)=22320比特/秒，考虑到其它一些因素，当时认为极限数据速率是 23500比特/秒（见IEEE J-SA, Sept. 1984, pp632-634）。