TCM编码.pdf
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15.TCM技术技术1目录?
引言?
调制信号空间的分解?
TCM编码?
TCM译码?
TCM译码?
性能分析性能分析?
应用2引言?
TCM(Trellis-CodedModulation)是一种将信道编码和调制相结合的技术调制相结合的技术。
3引言?
在采用相同调制信号的前提下,(n,k)分组码和(K,R=k/n)卷积码都是通过扩展信道带宽(1/R倍)来获得编码增益。
适合于功率受限而频带不受限的系统。
?
在频带受限系统中,为了获得编码增益,即节省功率,必须采用不同的调制信号集。
功率,必须采用不同的调制信号集。
4引言未进行8kbQPSK调制未进行信道纠错编码8kbps4kHzQPSKR=2/3功率受限8kbps12kbps6kHzQPSK调制R=2/3卷积码功率受限频带不受限pp8PSKR=2/3卷积码功率受限8kbps12kbps4kHz调制卷积码K7频带受限5引言?
如系统中信号未编码时采用QPSK调制信号传输;经过卷积码编码后为不增加信道带宽?
经过R=2/3卷积码编码后,为不增加信道带宽,则需采用8PSK调制信号来传输;?
而8PSK信号为了获得与QPSK信号相同的误码率,功率需增加4dB;?
因此要求卷积码的编码增益超过4dB,才能节省功率;率;?
这就要求采用长约束长度(如K7)卷积码,因而增加了设备的复杂度增加了设备的复杂度。
6引言?
TCM技术通过将编码编码和调制调制技术相结合在不增?
TCM技术通过将编码编码和调制调制技术相结合,在不增加信道带宽的前提下,获得显著的编码增益。
简单的状态可获得的编码增益?
简单的4状态TCM可获得3dB的编码增益;?
复杂的TCM可获得6dB,甚至更高的编码增益。
?
这些增益是在不增加信道带宽不增加信道带宽或降低信息传输速降低信息传输速率率的前提下得到的。
率率的前提下得到的。
7引言?
TCM技术特别适合频带频带和功率功率同时受限受限的通信系?
TCM技术特别适合频带频带和功率功率同时受限受限的通信系统,如卫星通信系统。
?
TCM技术最早在1976年由Ungerboeck提出。
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目前对TCM技术的理论研究和实际应用得到迅速目前对技术的论研究和实际应用得到速发展。
G.DavidForney,Jr.,GottfriedUngerboeck,“ModulationandCodingforLinearGaussianChannels”,IEEETransactionsonInformationTheory,Vol.44,No.6,October1998.8October1998.目录?
引言?
调制信号空间的分解?
TCM编码?
TCM译码?
TCM译码?
性能分析性能分析?
应用9调制信号空间的分解?
所谓调制信号空间的分解,是将信号空间的调制信所谓调制信号空间的分解,是将信号空间的调制信号与二进制序列一一对应起来。
?
基本原则基本原则:
每次分解每次分解都使子集中信号之间的都使子集中信号之间的欧欧?
基本原则基本原则:
每次分解每次分解,都使子集中信号之间的都使子集中信号之间的欧欧几里德距离尽可能大!
几里德距离尽可能大!
技术常用的调制信号有和?
TCM技术常用的调制信号有PAM,PSK,DPSK和QAM信号。
?
下面以8PSK和16QAM调制信号为例,介绍调制信号空间的分解,即星座图分解星座图分解。
10调制信号空间的分解8PSK信号空间信号空间分解118PSK8PSK信号空间分解分解CCC2C11216QAMQ信号空间分解13目录?
引言?
调制信号空间的分解?
TCM编码?
TCM译码?
TCM译码?
性能分析性能分析?
应用14TCM编码?
编码器原理图15TCM编码?
例15.1:
一种4状态-8PSKTCM编码器b0bb1b216TCM编码?
例15.1:
(续)网格图为b2b1b017TCM编码?
例15.1:
(续)编码原则平行分支具有最大的欧几里德距离?
平行分支具有最大的欧几里德距离:
2=d23=d从任一状态出发,或回到同一状态的子集具有最大的欧几里德距离;(CC)(CC)(C0,C2)(C1,C3)所有信号使用的概率相同。
18TCM编码对比未编码QPSKQPSK调制未进行信道纠错编码8kbps4kHz8PSKR=2/3功率受限频8kbps4kHz调制卷积码频带受限19TCM编码20TCM编码?
例15.1:
(续)对比未编码QPSK21=freed网格图上,未编码QPSK信号所对应路径间的最小欧几里德自由距离为1free经过TCM编码后的4状态-8PSK信号所对应路径间的最小欧几里德自由距离为22=freed路径间的最小欧几里德自由距离为f2编码增益为)(01.324lg10lg102122dBddfreefree=21fTCM编码?
例15.2:
另一种4状态-8PSKTCM编码所对应的网格图:
图:
22TCM编码?
例15.2(续):
?
图中与全零路径间具有最小欧几里德距离的路径已标出,状态变化过程为s0s3s0,)24(27,026,0=+=dddfree,f该TCM编码的最小欧几里德距离比例15.1中的小,其性能不如例15.1中的TCM编码!
23TCM编码?
例15.3:
一种8状态-8PSKTCM编码所对应的网格图图:
24TCM编码?
例15.3(续):
?
图中与全零路径间具有最小欧几里德距离的路径已?
图中与全零路径间具有最小欧几里德距离的路径已标出,状态变化过程为s0s3s6s0,)26(26,027,026,0=+=ddddfree,f该TCM编码的最小欧几里德距离比例15.1中的大其性能比例151中的TCM编码好!
的大,其性能比例15.1中的TCM编码好!
对比未编码QPSK信号,其编码增益为)(6.32)26(lg10dB=25TCM编码?
表1-表3列出了采用不同调制信号的TCM的编码增益与编码器状态数及编码速率之间的关系益与编码器状态数及编码速率之间的关系。
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其编码器可采用反馈或非反馈卷积码编码器。
可见简单的4状态TCM与未编码调制相比就可?
可见,简单的4状态TCM与未编码调制相比,就可以获得约3dB的编码增益;复杂的T可以获得6d甚至更高的编码增益?
复杂的TCM可以获得6dB甚至更高的编码增益。
26TCM编码表1PAM调制TCM的编码增益编码器k编码速率m=14PAM对比m=28PAM对比编码器状态数k1编码速率k1/k1+14-PAM对比未编码2-PAM编码增益8-PAM对比未编码4-PAM编码增益编码增益编码增益411/22.553.31811/23.013.771611/23.424.183211/24.154.916411/24475236411/24.475.2312811/25.055.81源:
Ungerboeck(1987)27g()TCM编码表8PSK调制TCM的编码增益表8PSK调制TCM的编码增益编码器k1编码速率m=28-PSK对比m=316-PSK对比状态数k1/k1+1未编码4-PSK编码增益未编码8-PSK编码增益411/2301354411/23.013.54811/23.604.011611/24.134.443211/24595133211/24.595.136411/25.015.3312811/25.175.3325622/35.755.51源:
Ungerboeck(1987)28TCM编码表9QAM调制TCM的编码增益表9QAM调制TCM的编码增益编码器k1编码速率m=432-QAM对比m=564-QAM对比状态数k1/k1+1未编码16-QAM编码增益未编码32-QAM编码增益411/2301280411/23.012.80822/33.983.771622/34.774.563222/34.774.566422/35.445.2312822/360258112822/36.025.8125622/36.025.81源:
Ungerboeck(1987)5.8129目录?
引言?
调制信号空间的分解?
TCM编码?
TCM译码?
TCM译码?
性能分析性能分析?
应用30TCM译码?
TCM的译码可通过软判决软判决或硬判决硬判决Viterbi译码器实现现。
?
其译码过程如下:
?
由于在TCM网格图上的每一个分支分支都对应一个调制调制信号信号,因此首先需寻找一个最佳信号点,使其与此信号信号,因此首先需寻找个最佳信号点,使其与此时收到的调制信号之间的欧几里德距离最小;?
然后将选出的信号点及它与收到的调制信号之间的?
然后将选出的信号点及它与收到的调制信号之间的平方欧几里德距离平方欧几里德距离测度用于Viterbi译码算法;在网格图上找出与接收调制信号序列之间平方欧几?
在网格图上找出与接收调制信号序列之间平方欧几里德距离和最小的信号路径,作为译码输出。
31TCM译码?
例17.4:
采用例17.1中的TCM编码,若接收端收到的信号r=(011001100100110)的信号r=(011001100100110),其Viterbi译码过程如下:
32目录?
引言?
调制信号空间的分解?
TCM编码?
TCM译码?
TCM译码?
性能分析性能分析?
应用33性能分析?
在加性高斯白噪声信道中,高信噪比条件下,TCM的误码率可表示为:
TCM的误码率可表示为:
2freedPNQ02freeefreePNQN其中Nfree表示具有最小自由距离dfree的信号序列的数目,而()=xdyyxQ2exp2122234性能分析?
QPSK22E0022222beEPQQNN=4状态8PSKTCM422beEPQQNN=002NNQPSK曲线向左移3dB,QPSK曲线向左移3dB,向下移0.5。
35目录?
引言?
调制信号空间的分解?
TCM编码?
TCM译码?
TCM译码?
性能分析性能分析?
应用36应用?
Wei在1984年提出的采用32QAM调制信号的非线Wei在1984年提出的采用32QAM调制信号的非线性8状态TCM方案,被电话线调制器的国际标准V32和V33采用在1987年提出的一种16状态4维V.32和V.33采用。
在1987年提出的种16状态4-维线性TCM方案,被V.34标准采用。
美国为将多维技术应用星移动通?
美国NASA为将多维TCM技术应用于卫星移动通信系统做了大量研究工作。
37应用?
DVB-S2标准中采用的ACM(AdaptiveCodingandMdlti)技术也是一种将编码和调制相结合的Modulation)技术也是一种将编码和调制相结合的技术。
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(BCH+LDPC)+APSK38应用欧洲标准:
DataOverCableServiceInterfaceSpecifications-DOCSIS30Specifications-DOCSIS3.0QPSK8QAM16QAM32QAM64QAM128QAM3940
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- TCM 编码