OFDM系統(tǒng)中TCM調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：介紹了一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)方法，正交頻分復(fù)用的關(guān)鍵技術(shù)是編碼和調(diào)制。傳統(tǒng)的信道編碼是將編碼與調(diào)制分開設(shè)計(jì)，而網(wǎng)格碼是將編碼與調(diào)制作為一個(gè)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)的。對(duì)提出的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法是合理有效的。
關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用；網(wǎng)格編碼調(diào)制；解調(diào)；維特比；網(wǎng)格法

0 引言
正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM)是目前已知的頻譜利用率較高的一種通信系統(tǒng)，它將數(shù)字調(diào)制、數(shù)字信號(hào)處理、多載波傳輸?shù)燃夹g(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，使得它在系統(tǒng)的頻譜利用率、功率利用率、系統(tǒng)復(fù)雜性方面綜合起來有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，是支持未來移動(dòng)通信特別是移動(dòng)多媒體通信的主要技術(shù)之一。在使用OFDM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵。這里OFDM調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)選擇了TCM網(wǎng)格編碼調(diào)制(Trellis Coded Modulation)的方法，其特點(diǎn)是結(jié)合了時(shí)間和頻率的間插。TCM碼調(diào)制結(jié)合了卷積碼和十六進(jìn)制正交幅度調(diào)制從而達(dá)到一種高效編碼而對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)不產(chǎn)生影響。在接收端，網(wǎng)格編碼通過維特比算法進(jìn)行譯碼。

1 OFDM基本原理
OFDM的基本原理就是把高速的數(shù)據(jù)流通過串／并變換，分配到傳輸速率相對(duì)較低的若干個(gè)相互正交的子信道中進(jìn)行傳輸。這樣一個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)就包含了多個(gè)經(jīng)過調(diào)制的子載波信號(hào)。每一個(gè)信號(hào)可以是子載波的相位調(diào)制，也可以是子載波幅度和相位的聯(lián)合調(diào)制，比如BPSK，QP-SK，16QAM等。圖1給出了OFDM系統(tǒng)基本模型的框圖。

2 TCM調(diào)制解調(diào)
2．1 TCM簡(jiǎn)介
TCM技術(shù)是一種將編碼和調(diào)制結(jié)合在一起的技術(shù)。它與常規(guī)的非編碼多進(jìn)制調(diào)制相比具有較大的編碼增益且不降低頻帶利用率，所以特別適合限帶信道的信號(hào)傳輸。TCM系統(tǒng)使用冗余多進(jìn)制調(diào)制與一個(gè)有限狀態(tài)的網(wǎng)格編碼器相結(jié)合，由編碼器控制選擇調(diào)制信號(hào)，以產(chǎn)生編碼符號(hào)序列。在接收端，對(duì)帶有噪聲的信號(hào)用維特比軟判決譯碼解調(diào)。
2．2 集分割與網(wǎng)格描述
所謂集分割是將一信號(hào)集接連地分割成較小的子集，并使分割后的子集內(nèi)的最小空間距離得到最大增加。每一次分割都是將一較大信號(hào)集分割成較小的兩個(gè)子集，這樣可得到一個(gè)表示集分割的二叉樹。每經(jīng)過一級(jí)分割，子集數(shù)就加倍，而子集內(nèi)最小距離亦增加。
TCM技術(shù)以編碼序列的歐氏距離為調(diào)制設(shè)計(jì)的量度，就是使編碼器和調(diào)制器二者級(jí)聯(lián)后產(chǎn)生的編碼信號(hào)具有最大的歐氏距離。從信號(hào)空間角度來看，這種設(shè)計(jì)方法實(shí)際上是一種對(duì)信號(hào)空間的最佳分割。TCM的最佳譯碼就是在信道輸出端得到接收信號(hào)序列后，在網(wǎng)格圖上找尋正確路徑，正確路徑的尋找用維特比算法完成。由于噪聲的存在，最終選擇的路徑不可能完全與正確路徑重合，即偶爾會(huì)在n時(shí)刻偏離正確路徑，而在n+L時(shí)刻又與正確路徑重合。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)為L(zhǎng)的錯(cuò)誤事件。TCM的自由歐氏距離是任意一對(duì)形成錯(cuò)誤事件的兩條路徑間的最小歐氏距離，顯然與網(wǎng)格圖上信號(hào)路徑的最小跨度有關(guān)系。
2．3 Viterbi譯碼
網(wǎng)格碼的調(diào)制可采用Viterbi譯碼來實(shí)現(xiàn)。Viterbi譯碼算法是一種卷積碼的解碼算法。算法規(guī)定t時(shí)刻收到的數(shù)據(jù)都要進(jìn)行N次比較，就是N個(gè)狀態(tài)每條路有兩條分支，同時(shí)，跳轉(zhuǎn)到不同的兩個(gè)狀態(tài)中去，將兩條相應(yīng)的輸出和實(shí)際接收到的輸出比較，量度值大的拋棄，留下來的就叫做幸存路徑，將幸存路徑加上下一時(shí)刻幸存路徑的量度然后保存，這樣N條幸存路徑就增加了一步。在譯碼結(jié)束的時(shí)候，從N條幸存路徑中選出一條量度最小的，反推出這條幸存路徑，得出相應(yīng)的譯碼輸出。