融合编码调制技术提升编码增益在数字通信中的应用

"编码与调制相融合提高编码增益的潜力-电力工器具云管平台建设方案v1.0-20191127" 本文主要探讨了如何通过编码与调制的融合来提高编码增益，以提升数字通信系统的性能。编码增益是指通过编码技术改善信号质量的能力，它可以降低对信噪比的要求，从而提高系统可靠性。文中提到了一种称为TCM（Trellis Coded Modulation）的技术，该技术结合了卷积编码和多进制调制，如QPSK和8PSK，以达到更高的编码增益。 首先，文章通过对比不同调制方式在误码率达到10^-5时所需的比特信噪比，说明了TCM的优势。例如，QPSK调制在保持2bps/Hz的频带效率时，需要9.6dB的比特信噪比，而8PSK调制结合2/3码率的编码可以将这一需求降至1.8dB，这意味着获得了7.8dB的编码增益。然而，标准的2/3码率卷积码由于其有限的自由距离，无法提供如此高的编码增益。 为了解决这个问题，TCM引入了一种创新的方法，即将编码与调制相结合，使编码符号与星座点子集的映射关系随编码状态变化，这将卷积码的自由汉明距离转换为自由欧氏距离，从而可能找到具有更大自由欧氏距离的编码方案，显著提高了编码增益。TCM的一个关键优点是，即使使用较短的编码也能在不牺牲频带效率的情况下获得较高的编码增益。 文章还提到了数字通信中信道编码的重要性，特别是在对抗信道失真、噪声和干扰时。信道编码根据香农第二定理，当通信速率低于信道容量时，可以通过某种编码方式实现任意小的误码率。编码主要分为两大类：随机码编码和基于代数或概率理论的编码。代数编码如分组码，而概率编码包括卷积码、Turbo码等。这些编码方法在实际应用中易于实现，且在寻找优化性能的码字时考虑了编译码的复杂度。 在设计编码器时，需要权衡多种因素，如编码增益和其极限。香农的公式展示了在有限带宽的AWGN信道中，信道容量与信噪比的关系。通过适当的编码，可以实现信息速率与码率的平衡，确保在满足信道带宽要求的同时，达到几乎无误码的传输。 总结来说，本文强调了编码与调制融合对提高编码增益的重要性，特别介绍了TCM技术如何利用短码实现高编码增益，以及在数字通信中实现可靠传输的理论基础和实际编码策略。这种融合方法对于电力工器具云管平台的建设方案，以及其他需要高效通信的领域，都具有重要的参考价值。