多點并聯(lián)被覆線通信系統(tǒng)的網(wǎng)格編碼調(diào)制研究

胡騰飛沈煥生韓杰陳巍

（1.解放軍理工大學通信工程學院研究生3隊 江蘇南京 210007 2.解放軍理工大學通信工程學院）

多點并聯(lián)被覆線通信系統(tǒng)的網(wǎng)格編碼調(diào)制研究

胡騰飛1沈煥生2韓杰1陳巍1

（1.解放軍理工大學通信工程學院研究生3隊 江蘇南京 210007 2.解放軍理工大學通信工程學院）

本文主要針對多點并聯(lián)被覆線通信系統(tǒng)的信道編碼部分進行研究。本文借鑒了在數(shù)字用戶線技術(shù)中的某些研究方法，設計了一種適用于該系統(tǒng)的網(wǎng)格編碼調(diào)制方案。最后對采用四維TCM的多點并聯(lián)被覆線通信系統(tǒng)和未編碼系統(tǒng)分別作了仿真，并進行了兩者的性能比較，從而得出結(jié)論：采用TCM的系統(tǒng)相對于未編碼系統(tǒng)具有較高的編碼增益，把TCM技術(shù)引入多點并聯(lián)被覆線通信系統(tǒng)可有效地提高系統(tǒng)性能。

多點并聯(lián)；網(wǎng)格編碼調(diào)制；編碼增益

根據(jù)某十二五預研項目應用需求，要在銅包鋼被覆線（TGE-707）上實現(xiàn)多個用戶隨機接入，并完成遠距離彼此間的高速率、高可靠數(shù)字通信。任何一種高性能的數(shù)字通信系統(tǒng)總需要采用某種形式的編碼，多點并聯(lián)被覆線通信系統(tǒng)也不例外。

1982 年，Ungerboeck 正式提出“網(wǎng)格編碼調(diào)制”（TCM）技術(shù)[3]。1984年，L.F.Wei又提出了克服相位模糊的旋轉(zhuǎn)不變碼[4]。自L.F.Wei之后，人們便開始了對多維TCM的研究。TCM最初只適用于線性調(diào)制信道，近年來，將TCM與非線性調(diào)制，如與CPM（連續(xù)相位調(diào)制）相結(jié)合的研究也取得了較大進展。目前，TCM在ADSL中的研究和應用已經(jīng)相對比較成熟。在ITU-T制定的G.992.1協(xié)議及ANSI制定的T1.413協(xié)議中均建議可選擇使用Wei碼16狀態(tài)4維網(wǎng)格編碼調(diào)制以提高ADSL系統(tǒng)性能[2]。由于目前的通信標準只針對點對點通信模式，而本課題需要采用并聯(lián)體制，因而各項信道特性參數(shù)將與ADSL系統(tǒng)有很大不同，且系統(tǒng)需實現(xiàn)高速率、高可靠、遠距離數(shù)據(jù)傳輸，需要使用快速AGC、快速同步、快速均衡等數(shù)字通信理論，這要求譯碼器效率要高，速度要快，占用資源要少。因此，設計一種高效可靠的信道編碼方案顯得尤為重要。本文將在ADSL中的TCM理論研究基礎上，針對被覆線多點并聯(lián)的特點設計適用于被覆線各項性能參數(shù)的TCM編碼方案。在基于DMT調(diào)制的多點并聯(lián)被覆線通信系統(tǒng)中，有N=256個子信道，我們只使用一個公共格狀編/譯碼器依次對所有子信道進行編碼和譯碼，以降低復雜度和譯碼時延，本文將討論這種方案的具體實現(xiàn)，并對其性能進行分析。

1 多點并聯(lián)被覆線通信中的TCM編碼和譯碼

網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)的中心思想是：通過卷積編碼器向信息序列中加入冗余比特，再經(jīng)過星座映射，從而將調(diào)制和編碼結(jié)合起來，通過集分割的方法實現(xiàn)編碼序列間自由歐式距離的最大化。網(wǎng)格解碼則是在信道輸出端將接收到的信息碼字與編碼器送出的碼字進行比較，按照最大似然譯碼準則，找出與接收到的信息碼字自由歐氏距離最小的編碼碼字，即我們要根據(jù)接收到的信息碼字得到編碼器在網(wǎng)格圖上走過的狀態(tài)轉(zhuǎn)移路徑。我們稱這種譯碼方式為軟判決Viterbi譯碼。由于多維TCM比二維TCM有更低的星座擴張，能得到相對更高的編碼增益，但若星座維數(shù)過高，調(diào)制器和解調(diào)器也會變更復雜，成本會提高，綜合考慮，本系統(tǒng)選用4維16狀態(tài)TCM Wei碼，其集分割原理及網(wǎng)格圖的構(gòu)造原則，部分參考ADSL系統(tǒng)。TCM編碼的具體實現(xiàn)方法也主要分為比特抽取、比特轉(zhuǎn)換、子集分割與網(wǎng)格編碼和星座映射四個組成部分。信息序列經(jīng)過4維16狀態(tài)TCM網(wǎng)格編碼后在接收端進行軟判決Viterbi譯碼，我們對其誤碼率進行了如下分析。

2 實驗結(jié)果分析

我們在搭建的多點并聯(lián)被覆線通信系統(tǒng)中[1]，對2Mb/s的4維Wei碼的性能進行了模擬。Matlab仿真模型取子信道數(shù)目N=256，F(xiàn)FT變換長度為512，循環(huán)前綴CP的長度v=40。仿真過程只使用7～256號子信道，低頻6個子信道避開。仿真假設信道噪聲類型為加性白高斯噪聲（AWGN）和6個被覆線遠端設備串音（FEXT）干擾源[5]，其中AWGN功率譜密度是一140dBm/Hz（雙邊）；多點并聯(lián)被覆線通信系統(tǒng)DMT碼元速率為4kBaud，系統(tǒng)輸入功率為23dBm，帶寬下限設置為45kHz。

如圖1，仿真得到的誤碼率曲線表明在相同信息速率及不增加帶寬的條件下，在誤碼率為10-5時，采用4維網(wǎng)格編碼調(diào)制的多點并聯(lián)被覆線通信系統(tǒng)相對于未編碼系統(tǒng)可獲得約3dB的編碼增益。由結(jié)果分析可知，將網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)應用到多點并聯(lián)被覆線通信系統(tǒng)中是可行的，經(jīng)過編譯碼后仍可得到大部分理論編碼增益，其對增強多點并聯(lián)被覆線通信系統(tǒng)傳輸可靠性具有很大的實際應用價值。

圖1

[1]曹文婷，柯賡，張露露，陳鷹.“輕型被覆線數(shù)字傳輸能力再探”.第13屆軍事電子信息學術(shù)會議，2012.

[2]“Asymmetric digital subscriber line（ADSL）transceivers”ITU-T G.992.1，1999.

[3]Ungerboeck G.Channel coding with multilevel/phase signals [J].IEEE Trans Information Theory，1982，28（1）：55～67.

[4]Wei L F.Trellis-coded modulation with multidimensional constellations.IEEE Trans.on Inform Theory，1987，IT-33（4）：483～501.

[5]陳 穎，柯賡.SHDSL在輕型被覆線條件下的傳輸特性[J].軍事通信技術(shù)，2003.

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2016-3-25