网格编码调制(TCM)：结合编码与调制提升纠错能力

网格编码调制（TCM，Trellis Coded Modulation）是一种创新的编码与调制相结合的技术，旨在提高数据传输的纠错能力和可靠性，同时保持信号速率和功率不变，以适应频带和功率受限的通信环境。TCM最初由Ungerboeck在1982年提出，其核心思想是通过利用信号集的冗余度，通过状态记忆和精心设计的映射规则，生成具有较大纠错能力的码字序列。 在TCM中，编码部分涉及将少量的信息比特（通常小于实际承载的比特数）进行冗余编码，增加冗余比特，这有助于在接收端更容易检测和纠正错误。调制阶段则通过扩展信号集（例如，使用8ASK或8PSK调制传输2比特信息，实现更大的星座），从而提高信号的密度，保持相同的符号率。这种信号集空间编码方式避免了传统纠错编码带来的频带利用率和功率利用率的损失，而是以提高设备复杂性为代价，实现了编码增益。 图6-1展示了带限AWGN信道中，PSK调制方式随着信噪比（SNR）提高，信道容量也随之提升的关系。通过使用更大的星座（如16PSK、32PSK等），即使在较低的SNR下，也能传输更多的信息，但不会超过香农公式规定的极限。 TCM在太空、卫星、微波、同轴和对绞线等通信环境中广泛应用，尤其适合于当前通信成本中传输介质成本占主导的情况，因为它能提供高效的数据传输效率和可靠性。TCM是一种在现代通信系统中发挥关键作用的技术，通过巧妙地结合编码和调制，优化了信号处理过程，提升了抗干扰能力，使得在有限的资源条件下实现更高效的信息传输。