编码调制,什么是编码调制

编码调制,什么是编码调制

网格编码调制( TCM) 技术是近年来发展起来的一种把编码与调制作为统一整体来进行综合设计的技术。通过对它的研究,我们设计出了具有更高信息传输速率和更强抗噪性能的新型编码调制系统。

卫星通信由于其覆盖区域大,信道容量大及多址连接等优点,已逐渐成为国际和国内远距离通信的重要手段。

传统的高速卫星信道传输系统采用的是卷积码和QPSK(双正交相移调制) 、QAM(正交调幅) 相结合的编码调制方式。由于系统误码率的限制,该方式必需采用有较长约束长度的卷积码来实现差错控制,这就造成了译码设备复杂,且该系统信息传输速率较低,抗干扰性较差,很大程度上限制了卫星通信在高速信息传输领域的进一步发展。如何对编译码及调制解调技术进行合理设计,以达到在带宽有限信道中的高编码增益要求,是我们所要均衡考虑的问题。而且,随着卫星通信领域中用户和业务量的不断增加,频带资源日益宝贵,对数据传输质量的要求也越来越高。因此,如何提高信息传输系统的有效性和可靠性,便成为了未来该领域研究的重要课题。

为了解决这一矛盾,我们采用的是TCM 网格编码调制技术。它与传统方法的最大区别在于把编码和调制作为一个统一的整体,而并非相互独立的过程,从而避免了在接收端解调器作硬判决时带来的信息损失,其优点在于其能够在不增加信道带宽、不降低有效信息传输速率的情况下获得明显的编码增益,使系统的频带和功率利用率同时达到最佳。本文给出了TCM - 8PSK 高速数字编码调制系统的硬件设计方法。该方法通过卷积编码器与正交调制器的结合,最终实现了网格编码调制方案,并且得到了较好的仿真及测试结果。

TCM 技术以编码序列的欧氏距离为调制设计的量度,就是使编码器和调制器二者级联后产生的编码信号具有最大的欧氏距离。从信号空间角度来看,这种设计方法实际上是一种对信号空间的最佳分割。它的结构如图1 所示:每一编码调制间隔,有k 比特信息位,其中的k′比特( k′< k) 通过速率为k′P( k′+ 1) 的二进制卷积码编码器,扩展成k′+1 编码比特,这k′+ 1 个编码比特用来选择个子集中的一个,剩下的k - k′个未编码比特用来选择传送该子集的个信号中的一个。

图1 TCM 码编码调制器结构

图2 8PSK集分割原理图

该结构中,信号映射基于集分割原理。所谓集分割是将一信号集接连地分割成较小的子集,并使分割后的子集内的最小空间距离得到最大增加。每一次分割都是将一较大信号集分割成较小的两个子集,子集内最小距离也最大。设经过I 级分割后子集内最小距离为Δi ( i = 0 ,1 ,. . . ) ,则有Δ0 < Δ1 <Δ2 。设计TCM 方案时,将调制信号集作k′+ 1 级分割,直至Δ( i + 1) 大于所需的自由距离为止。图2 所示为8PSK集分割原理图。

系统模型

TCM - 8PSK高速数字编码调制系统是由编码器、D/A 转换器、正交调制器以及频率合成器四部分组成的。系统模型如图3 所示。卫星上拍摄到的图象信号经信源编码,转化为二进制的串行数据。该数据进入编码器后,经过串/并变换,转换而成的两路并行信号进行码率为2/3的网格编码,以产生三路并行码。这三路并行码通过对D/A 的接口进入D/A 转换器。D/A 转换器的输出信号与由频率合成器产生的1. 024GHz 的载波一起进入正交调制器进行正交调制,调制后的信号通过射频输出接口,产生符合设计要求的射频输出信号。

图3 系统模型

卷积编码器结构

该编码器采用码率为2P3 的系统卷积编码,其生成多项式矩阵为:

编码器结构如图4 所示。

图4 编码器结构

在TCM 码的具体设计中,不仅要考虑系统的性能,还应该考虑其实现。理论上,卷积码状态数越多,系统性能越好,但实现起来会相当困难。由于卷积码在状态数超过8 后,其数量增加对系统性能的改善已不明显,所以经全面考虑,我们采用了8 状态的2/3 系统卷积码,且系统码具有“快检”特性,使得译码更加方便。映射方式如图5 所示。

图5 映射方式