格形编码调制（terllis coded modulation）又称格码调制。TCM技术是一种将编码和调制结合在一起的技术。它与常规的非编码多进制调制相比具有较大的编码增益且不降低频带利用率，所以特别适合限带信道的信号传输。

概述

作用

原理

系统模型

概述

TCM系统使用冗余多进制调制与一个有限状态的网格编码器相结合，由编码器控制选择调制信号，以产生编码符号序列。在接收端，对带有噪声的信号用维特比软判决译码解调。为提高网格编码器的编码增益，必须增大码的自由距离并采用软判决译码代替硬判决译码。因此，必须使编码序列对应的调制符号序列之间的欧氏距离。但是编码序列间的汉明距离并不与它们调制符号序列间的欧氏距离对应。就是说，如果两编码序列间有较大的汉明距离，那么两个编码序列对应的调制符号序列间就未必有较大的欧氏距离。因此，要设计一种编码与调制符号之间的映射函数，使编码序列对应的调制符号序列之间的自由欧氏距离最大。TCM编码器就是为实现此目的而提出的。

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。

作用

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。

原理

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。

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。

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。