基于matlab的tcm编译码器的设计与实现毕业论文(编辑修改稿)

基于matlab的tcm编译码器的设计与实现毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

m=n）比 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 7特信息进入码率为 m/(m+1， m， N)卷积码编码器中扩展成 m+1 个编码比特，而另一路 nm 比特信息不进行编码。 我们可以将得到的 n+1 个编码比特视为（ n+1， n，N）卷积码编码器的输出。 卷积码编码器由 N 个 k 级移位寄存器和 n 个模 2 加法器组成。 卷积编码器一般结构如 图 所示。 图 卷积编码器的一般结构 （ 2）星座集分割 选择 M=错误 !未找到引用源。 个星座点的多元调制（如 MPSK 或 MQAM），将其星座进行逐级分割。 M 个星座点逐级分割后的星座点数目为 M/2，M/4,M/8…… ，各级子集内均匀分布的星座点数母依次减半，而欧式距离逐级增大，一直分割到子集内只含欧氏距离最大的 2 个星座点 ,具体分割如图 所示。 （ 3）编码比特向星座点的映射 编码调制的关键在于如何将信道编码与调制有机结合。 这里，用上述所编的n+1 个编码比特去选择星座分割的子集及各子集中的星座点，该过程就是映射过程。 其中， m+1 个编码比特与 错误 !未找到引用源。 个子集 建立起映射关系，选择错误 !未找到引用源。 个子集中 一个， nm 个没有编码的比特用来选定所在子集中 错误 !未找到引用源。 个信号点中的一个。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 8 下面举例进一步说明 TCM 信号的形成过程。 为了便于理解 TCM 基本原理，将上述涉及的参数赋予具体值。 设 n=2,m=nm=1,则输入比特流的星座点数为2n =22 =4。 若选择 M=8 的多元调制 8PSK，星座点数 较 n=2 的 4 状态信号有一倍冗余。 （ 1） 设计编码器 图 所示为（ 3,2,3）卷积编码器的框图。 图中将 nm=1 未编码比特 „纳入 ‟编码器，其输出为 3 比特码组 X2 X1 X0。 （ 3,2,3）卷积编码器 (nm)=1(bit) x2 输入比特流 m=1(bit) x1 x0 编码向 8psk信号星座点映射 图 （ 3,2,3）卷积 编码器 （ 2） 对 8PSK 星座图逐级分割 具体分割过程如图 所示，经过 2 次分割后得到 4 个子集 C0~C3， 每个子集中只含有 2 个信号点，他们之间的欧氏距离最大。 （ 3） 编码比特向 8PSK 星座点映射 现在的问题是（ 3,2,3）卷积编码器输出的 3 比特组 X2X1X0，如何去选择 4个子集及其中的星座点，以实现编码与调制的一体化组合，这是 TCM 的核心。 图 右侧方框指明了这一选择方法。  由（ 2,1,3）卷积吗编码器输出的 2 比特 X1X0 的 4 组双比特，分别选择子集 C0,C1,C2,C3。 即当 X1X0=00 时，选 C0。 X1X0=10 时，选 C2。 X1X0=01 时，选串 并 变 换 (2,1,3)卷积编码器 从已选的各个集（ C0,C1,C2,C3）中各选两个星座点 选择子集 （ C0,C1,C2,C3） 8psk 已调被输出 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 9C1。 X1X0=11 时，选 C3。  未编码比特（ nm）直接映射 X2（ X2 在 X2X1X0 中为最高位） ,在 X1X0选定其子集 Ci 后 ,由 X2 随机选择该子集 Ci 中的 2 个星座点之一。  8PSK 星座的 8 个星座点所表示的 8 个不同相位的已调波波形，对应编码为 8 个 3 比特码组 （图 底部）。 且按自然码顺序为 000、 00 … 、 111， 其编号对应为 0、 ...、 7。 图 所 示为 四 状态 8PSK 星座的网格编码调制过程与结果。 编码像 8PSK 信号星座点映射 （ 3,2,3）卷积编码器 X2 X1 X0 图 四 状态 8PSK 的网格编码调制 TCM 的 网格图 TCM 网格图实际上是编码调制映射过程与结果的一种图示和数据表达方式，它与卷积码网格图类似。 在网格图中，网格的每个节点对应卷积码编码器的一个状态，状态数由编码器中寄存器的个数决定。 一对节点间连接两个或多个分支，称为并行转移。 对于给定的编 码调制器来说，当输入序列不同时，输出序列一般也不同，体现为网格图中的每一条折线连接的路径。 串 /并变换 D1 D2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 2 3 4 5 6 7 映射星座点号 输入比特流 8PSK已调波输出 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 10 设计 TCM 时的主要目标就是寻找与各种调制方式相对应的卷积码，当卷积码的每个分支与信号点映射后，使得每条信号路径之间有最大的欧氏距离，此时称为最优码 [5]。 TCM 最优码网格图遵循以下规则： （ 1）并行转移分支指定分配有间隔为最大欧氏距离的信号点。 对于 8PSK，此时的信号点取自同一子集 Ci。 （ 2）开始于同一状态的转移分支，指定分配有同一子集中的信号点，这保证从同一状态分离的不同分支间距离大于或等于 d1。 （ 3）全部信 号点应以相同的频率出现，并应有尽可能多的规则性和对称性。 这一原则表明一个好的 TCM 码应具有规则的结构。 这是因为 TCM 方案实际上是一种对信号空间作最佳划分的方案，而调制信号空间是对称的，所以最佳分割方案也应该具有规则性和对称性。 TCM 的编码增益 为了定量估计编码调制相对无编码的调制而言得到的好处，定义昂博尔格克编码的渐近编码增益 错误 !未找到引用源。 为 错误 !未找到引用源。 () 式 ()中， 错误 !未找到引用源。 为编码的自 由欧式距离， 错误 !未找到引用源。 为工作在每比特能量相同时无编码的调制方案中最小欧式距离 [12]。 TCM 译码 TCM 译码采用的是维特比译码算法，软判决维特比译码时一种最大似然译码。 此时，所谓的纠错己经不再是纠正某些解调器硬判决的结果，而是直接从解调器的软输出确定最大似然编码序列。 前面已经介绍到， TCM 网格编码调制系统不能使用简单的汉明距离，而应该使用欧氏距离代替它。 因为汉明距离大不一定欧氏距离也大，上文己做了具体说明。 8PSK 调制后的信号之间的差距表现在相位的不相同，即欧氏距离的不一样，所以本 系统使用的是欧氏距离进行判决。 冗余码随着有用比特一起映射到了 8PSK 星座图上，这样就保证了传输中带宽不需要增加。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 11 子集分割就是随着分割阶数的增大，欧氏距离不断增大 , 为后面接收端的维特比译码做好准备。 维特比译码又称为最大似然译码，此译码方法的核心是在篱笆图上寻找幸存路径 [13]。 如果最大似然函数能够在某节点的某条路径上被找到，那么这条路径就将被选为幸存路径，反之则被丢弃，之后再进行历史状态路径的回溯，最终得到发送的原始数据。 (n， k， m )卷积编码器的输入比特流长度为 kl，不同的分支路径有 错误 !未找到引用源。 21k 条。 维特比译码每个时刻都要将路径相加比较并选择一次路径，而不是同一时刻将篱笆图上所有的路径同时进行比较，使译码工作量少了很多。 假设接收信号的概率是独立同分布的，则根据条件概率公式 :                       10 0 010 002211 r...yrp MLi nj jijiMLi niniiiii yrpypyrpyrp () 式（ ）中 y 是估计序列 r 是接收 序列，在已知 r 的条件下可以用此公式估计出 y 的最大似然函数值，与上式等价的函数是：         byrpayM jijijiji  10l o gr () 其中 a， b 可以定义为这样两个常量：    1010 lo g1lo g1a  10logb  () 这样码元量度可写成：                10101010 l o gl o gl o g1l o g1r  jijijiji yrpyM () 式 () 便是最大似然译码方法的理论基础，也就是要在篱笆图上的所有可能路径中找出一条离接收序列距离最大的序列作为恢复出的发送序列。 维特比译码的一般步骤为 : (1) 画出卷积编码器对应 的状态图和篱笆图。 (2) 计算出分支量度的大小。 分支量度的意思是接收信号的码序列与篱笆图上的各条分支路径之间的汉明距 离。 (3) 将每个时刻每个节点将会接收到的分支路径度量值分别与前一个时刻路径量度值相加，得到累计度量，并记录之。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 12 (4) 比较延伸至同一状态的路径累计度量，选择其中较小者，。