基于MATLAB的TCM編譯碼器設(shè)計(jì)

緒論從傳統(tǒng)的傳輸理念來看的話，我們不難發(fā)現(xiàn)，糾錯(cuò)編碼與調(diào)制在具體的運(yùn)行過程中，采用的是一種獨(dú)立的形式予以執(zhí)行的，譯碼與解調(diào)的工作原理也是一致的。80年代初，Ungerboeck根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，在原來的基礎(chǔ)之上做出了一定的創(chuàng)新和改進(jìn)，稱作網(wǎng)格編碼調(diào)制，記為TCM。它是將之前的理念作為一個(gè)新的方向予以重點(diǎn)的管理。它的中心思想是：采用編碼方法將原來的信號(hào)予以重點(diǎn)的分割，使得原先的信號(hào)更加的完善。這樣就能夠保證信號(hào)處于一種高速發(fā)展的態(tài)勢予以傳輸，在頻率受限以及功率受限這個(gè)方向受到的影響是非常大的。由于TCM編譯碼是一種將原先的偏差予以矯正的技術(shù)，因而在通信技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且從目前的形勢來看的話，大眾對(duì)他的研究力度不管是從哪個(gè)層面上都是較為熱門的。1.1本課題研究目的及意義在傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)中是將調(diào)制以及編碼進(jìn)行獨(dú)立的管理的，采用編碼方式來有效的改善效率不高在具體的經(jīng)營過程中的不足：由于編碼導(dǎo)致最終的信息量相對(duì)于之前實(shí)現(xiàn)了較大的提升，從而在信號(hào)的傳輸速率上實(shí)現(xiàn)了較大的提升，如果在傳輸速率上實(shí)現(xiàn)較大的提升，那么相應(yīng)的頻帶就必須要相應(yīng)的下降。人們希望通過這樣的一種方式有效的解決目前面臨的這一實(shí)際問題。1982年，昂格爾博克（Ungerboeck）提出了將調(diào)制與解碼進(jìn)行有序的結(jié)合從而從根本上解決這一問題的基本思路，正式的引出了TCM這樣的一種解決思路。這項(xiàng)技術(shù)將原先需要分開來進(jìn)行的調(diào)制和解碼這兩個(gè)程序予以了有序的結(jié)合，而且這樣的一種結(jié)合方式，不管是在帶寬的管理上，還是在頻率的管理上，相較于之前，都沒有較大的改動(dòng)，獲得3~6dB的編碼增益，這樣的一項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)，不管是從宏觀的層面上，還是從微觀的層面上產(chǎn)生的積極作用都是不言而喻的，可以說這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)造出來的價(jià)值是劃時(shí)代的，這項(xiàng)技術(shù)的誕生對(duì)于信道編碼技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生的實(shí)際影響是非常重大的，也是我們?cè)诰唧w的研究過程中，需要重點(diǎn)的關(guān)注和加強(qiáng)的。所以本文在具體的研究過程中，主要是針對(duì)于這一問題予以了重點(diǎn)的管理和研究。1.2本課題的研究內(nèi)容本文的研究內(nèi)容是通過MATLAB來設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)TCM的編碼及譯碼，并且在TCM的糾錯(cuò)功能上予以了較大的完善與改進(jìn)。設(shè)計(jì)由兩部分組成：TCM編碼器及TCM譯碼器的設(shè)計(jì)。編碼器完成數(shù)字采樣、差分編碼、卷積編碼、集分割、信號(hào)點(diǎn)的映射以及8PSK信號(hào)調(diào)制；譯碼器完成8PSK信號(hào)解調(diào)及維特比譯碼。2TCM原理2.1TCM的優(yōu)點(diǎn)從過去傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸理念中，我們不難發(fā)現(xiàn)，通信編譯碼器和調(diào)制解調(diào)器這兩個(gè)部分通常是獨(dú)立的分開與進(jìn)行的，編碼與調(diào)制、譯碼與解調(diào)各自獨(dú)立設(shè)計(jì)。TCM在實(shí)際的運(yùn)行過程中，需要的設(shè)備環(huán)境相對(duì)來說是較為復(fù)雜的，當(dāng)然最終取得的綜合成效也是較為樂觀的，利用卷積碼與調(diào)制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了在原先的頻率帶寬不降低的前提條件之下，保證最終的使用功率的最大化。在目前這樣的一種集成電路高速發(fā)展的綜合環(huán)境之下、傳輸成本比終端設(shè)備成本都要高的這樣一項(xiàng)事實(shí)成為目前我們需要解決的首要問題，這樣的一項(xiàng)技術(shù)的誕生，對(duì)于我們來講，不管是從哪個(gè)層面上來講，取得的綜合成效都是非常高的。目前，這種網(wǎng)格編碼調(diào)制已經(jīng)在頻率以及帶寬都受到較大的制約的前提條件之下，如深空信道、衛(wèi)星信道、微波信道、有線信道等諸多信號(hào)領(lǐng)域中，占據(jù)了較大的比重，也成為現(xiàn)在研究的重點(diǎn)方向，這一點(diǎn)是值得關(guān)注和重視的。TCM有具有以下兩個(gè)基本特點(diǎn)：（1）在信號(hào)空間中的信號(hào)比之前的信號(hào)相對(duì)來說，是要高出許多的，這些增加的信號(hào)使得在具體的編碼過程中，其綜合的編碼成效相較于之前實(shí)現(xiàn)了較大的提升和加強(qiáng)，同時(shí)保持原有的帶寬維持一種較好的恒定；（2）采用卷積碼編碼規(guī)則，使得原先的信號(hào)之間維持一種較高的依賴性，只有少部分的信號(hào)點(diǎn)是允許使用的信號(hào)點(diǎn)，并且在具體的實(shí)施過程中，能夠形成一個(gè)網(wǎng)格的狀態(tài)，因此命名“網(wǎng)格編碼”。2.2歐氏距離與漢明距離兩個(gè)碼組中在相應(yīng)的位置上，出現(xiàn)的編碼的位數(shù)的差異也是我們?cè)诰唧w的管理過程中，需要著重的關(guān)注和加強(qiáng)的。表示兩個(gè)碼組的距離稱為漢明距離。對(duì)于卷積碼，通常將從一個(gè)距離出發(fā)、到另外一個(gè)狀態(tài)停止的狀態(tài)的這樣的一種相互之間的最短的距離為自由漢明距離。最小漢明距對(duì)于編碼方案在具體的糾錯(cuò)以及改正的過程中，起到的綜合作用死尤為重大的，只有最大程度的將碼組之間的差異進(jìn)行有序的組合，才能夠保證信號(hào)在具體的傳輸過程中，受到的綜合影響是較小的，從而保證編碼的糾錯(cuò)能力。從簡單的編碼的層面上來看的話，我們不難發(fā)現(xiàn)，最小漢明距離是是他的編碼性能在具體的管理過程中出現(xiàn)了較大的偏差，但是當(dāng)從一個(gè)相對(duì)宏觀的層面上去思考這樣的一個(gè)問題的時(shí)候，最小歐氏距離才是衡量彼此之間距離的一個(gè)至關(guān)重要的影響因素的。歐氏距離是一組與原先的信號(hào)相似或者相近的一組信號(hào)，對(duì)于兩個(gè)信號(hào)之間的信號(hào)點(diǎn)，歐氏距離指的是兩個(gè)信號(hào)之間最短的空間距離。傳統(tǒng)的糾錯(cuò)編碼是以漢明距離作為主要的衡量基準(zhǔn)來予以丈量和實(shí)施的，但漢明距離最佳的編碼方案在實(shí)際的運(yùn)行過程中，并不能夠較好的形成一種相對(duì)較為有利的狀態(tài)。實(shí)際上，在一維碼和二維碼進(jìn)行具體的調(diào)制的過程中，漢明距離與歐氏距離在具體的實(shí)施過程中，其綜合的衡量成果是有較大的相似性的。但是在多進(jìn)制的關(guān)系中，漢明距離和歐氏距離之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系相對(duì)是較為復(fù)雜的。2.3集分割TCM在具體的運(yùn)行過程中，至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是分割集，TCM通過分割集實(shí)現(xiàn)了在具體的歐氏距離運(yùn)行過程中的最大化，而星座點(diǎn)之間的最小平方歐氏距離對(duì)于衡量TCM在抗干擾性能方面的好壞起著至關(guān)重要的作用。所謂集分割是將空間中的一個(gè)點(diǎn)按照相應(yīng)的規(guī)律分割成最小單位的子集，使分割后的子集內(nèi)的最小空間距離實(shí)現(xiàn)較大的分割和加強(qiáng)。每一次的分割都是對(duì)之前的大洗牌。集分割是利用星座圖來進(jìn)行的。下面以（3，2，N）卷積碼和8PSK調(diào)制相結(jié)合為例，具體說明集分割的原理。假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)用（3，2，N）卷積碼編碼器，后接一個(gè)8PSK調(diào)制器組成，該編碼器輸出的碼組有8種可能的組合（000，001，010，011，100，101，110，111）。根據(jù)某種映射規(guī)則，這8種組合對(duì)應(yīng)于8PSK信號(hào)空間中的8個(gè)信號(hào)點(diǎn)，星座中8個(gè)信號(hào)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于8PSK信號(hào)的8個(gè)不同相位，設(shè)信號(hào)點(diǎn)與星座中心的距離為r均為1，則信號(hào)點(diǎn)之間的最小距離為。信號(hào)點(diǎn)之間可能有的距離有、、和，該距離即為信號(hào)點(diǎn)的歐氏距離。8PSK星座中8個(gè)信號(hào)點(diǎn)組成一個(gè)集。在實(shí)際的運(yùn)行過程中，可以根據(jù)原來的信號(hào)決定最終能夠分割出來的綜合成果，將沒有必要進(jìn)行分割的進(jìn)行有效的隔離。8PSK具體分割情況如圖2.1所示。B1C3C2C1C0B0B1C3C2C1C0B0圖2.18PSK星座集分割對(duì)8PSK、16QAM等一類系統(tǒng)，用這樣的一種分割方式在不同的技術(shù)之間進(jìn)行有序的調(diào)試和變換，并且用計(jì)算機(jī)的原理有效的解決了目前存在的這一具體客觀的問題，該碼被稱為UB碼。UB碼采用（n+1，n，N）卷積碼，n比特的信息組進(jìn)入TCM編碼器后，得到n+1個(gè)碼元組成的子碼，各子碼與信號(hào)星座中個(gè)信號(hào)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。2.4TCM編碼網(wǎng)格編碼在具體的調(diào)制過程中，采用的根本思路就是通過集分割方法將原先的編碼進(jìn)行有序的管理和結(jié)合，使得在信號(hào)通道中傳輸?shù)男盘?hào)在具體的運(yùn)行過程中，是按照一定的順序予以重點(diǎn)的實(shí)施和開展的。下面將從TCM信號(hào)的形成、TCM的網(wǎng)格圖、TCM的編碼增益3個(gè)方面對(duì)網(wǎng)格編碼在具體的運(yùn)行過程中的工作原理予以重點(diǎn)的分析和解剖。2.4.1TCM信號(hào)的形成TCM編碼器的一般結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，TCM信號(hào)的形成包括以下3個(gè)部分。圖2.2TCM編碼器的一般結(jié)構(gòu)1.卷積碼編碼發(fā)送端將輸入的n比特信息經(jīng)過一定的方式予以處理之后，其最終呈現(xiàn)出的是兩條分支的形式，其中一路m（m<=n）比特信息進(jìn)入碼率為m/（m+1，m，N）卷積碼編碼器中擴(kuò)展成m+1個(gè)編碼比特，而另一路n-m比特信息不進(jìn)行編碼。我們可以將得到的n+1個(gè)編碼比特視為（n+1，n，N）卷積碼編碼器的輸出。卷積編碼器一般結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。圖2.3卷積編碼器的一般結(jié)構(gòu)2.星座集分割選擇M=2n+1個(gè)星座點(diǎn)在具體的調(diào)制過程中，采用的是一種多元化的調(diào)制模式予以重點(diǎn)的管理和調(diào)制（如MPSK或MQAM），將星座進(jìn)行逐步的管理和分層。M個(gè)星座點(diǎn)逐級(jí)分割后的星座點(diǎn)數(shù)目為M/2，M/4，M/8……，各個(gè)子級(jí)在這樣的模式之下予以有效的排列，但是在這樣的情況之下，他們的歐氏距離保持著一種逐漸增大的狀態(tài)，一直使得最終的歐氏距離保持最終的兩個(gè)星座距離的范圍之內(nèi)，具體分割如圖2.1所示。3.編碼比特向星座點(diǎn)的映射下面舉例說明TCM在實(shí)際的運(yùn)行過程中，其具體的工作原理。為了方便對(duì)這樣的一個(gè)原理予以重點(diǎn)的解讀和管理，現(xiàn)在以一種更為量化的方式予以說明。設(shè)n=2，m=n-m=1，則輸入比特流的星座點(diǎn)數(shù)為2n=22=4。若選擇M=8的多元調(diào)制8PSK，星座點(diǎn)數(shù)較n=2的4狀態(tài)信號(hào)有一倍冗余。1.設(shè)計(jì)編碼器圖2.4所示為（3，2，3）卷積編碼器的框圖。圖中將n-m=1未編碼比特‘納入’編碼器，其輸出為3比特碼組X2X1X0。圖2.4（3，2，3）卷積編碼器2.對(duì)8PSK星座圖逐級(jí)分割具體分割過程如圖2.1所示，經(jīng)過兩次的分割之后，最終得到的結(jié)果是四個(gè)星座的距離C0~C3，每個(gè)子集之間只保持兩個(gè)星座的距離，這樣的情況之下，星座之間的歐氏距離維持一種最大化的狀態(tài)，這一點(diǎn)是在實(shí)際的8PSK具體的管理過程中，需要重點(diǎn)的關(guān)注和加強(qiáng)的核心以及關(guān)鍵性的問題。3.編碼比特向8PSK星座點(diǎn)映射現(xiàn)在的問題是（3，2，3）卷積編碼器輸出的3比特組X2X1X0，如何有效的將子集之間的星座距離予以有效的實(shí)施和管理，從而在編碼與調(diào)制之間維持一種較大程度的平衡，這一點(diǎn)是在具體的經(jīng)營過程中，需要重點(diǎn)的關(guān)注和加強(qiáng)的環(huán)節(jié)，這一點(diǎn)對(duì)于TCM來講，也是一個(gè)尤其關(guān)鍵和重要的環(huán)節(jié)。圖2.4右側(cè)方框指明了這一選擇方法。①由（2，1，3）卷積嗎編碼器輸出的2比特X1X0的4組雙比特，分別選擇子集C0，C1，C2，C3。即當(dāng)X1X0=00時(shí)，選C0；X1X0=10時(shí)，選C2；X1X0=01時(shí)，選C1；X1X0=11時(shí)，選C3。②未編碼比特（n-m）直接映射X2（X2在X2X1X0中為最高位），在X1X0選定其子集Ci后，由X2隨機(jī)選擇該子集Ci中的2個(gè)星座點(diǎn)之一。③8PSK星座的8個(gè)星座點(diǎn)所表示的8個(gè)不同相位的已調(diào)波波形，對(duì)應(yīng)編碼為8個(gè)3比特碼組（圖2.1底部）。且按自然碼順序?yàn)?00、001、…、111，其編號(hào)對(duì)應(yīng)為0、1、...、7。圖2.5所示為四狀態(tài)8PSK星座的網(wǎng)格編碼調(diào)制過程與結(jié)果。圖2.5四狀態(tài)8PSK的網(wǎng)格編碼調(diào)制2.4.2TCM的網(wǎng)格圖設(shè)計(jì)TCM時(shí)最根本的目標(biāo)就是在具體的運(yùn)行過程中，尋找與之相匹配的卷積碼，當(dāng)卷積碼的每個(gè)分支在具體的經(jīng)營過程中，維持了一種相對(duì)的平衡之后，保持每條信號(hào)在具體的實(shí)施過程中，維持一種最大的平衡距離，此時(shí)稱為最優(yōu)碼。TCM最優(yōu)碼網(wǎng)格圖遵循以下規(guī)則。（1）并行轉(zhuǎn)移分支指定分配有間隔指的是歐氏距離在具體的實(shí)施過程中，至關(guān)重要的一個(gè)問題。對(duì)于8PSK，這個(gè)時(shí)候的信號(hào)點(diǎn)都是來源于同樣的一個(gè)方向。（2）由于最終產(chǎn)生的分支在最初的時(shí)候，都是來源于同一個(gè)方向的，在子集的分配上也是維持了一種較大程度的平衡，這樣的一種狀態(tài)使得最終分支出來的信號(hào)在綜合的距離之間大于或等于d1。（3）所有的信號(hào)在具體的實(shí)現(xiàn)過程中，都是以一種較為同步的頻率出現(xiàn)的，并且在具體的實(shí)現(xiàn)過程中，不管是從哪個(gè)層面上都是有一定的規(guī)律可以遵循的。這樣的一種現(xiàn)象表明好的TCM在實(shí)際的實(shí)施過程中，其具體的運(yùn)行規(guī)則應(yīng)該是保持高度的一致性的。這是因?yàn)門CM方案從根源上來看，是對(duì)信號(hào)空間做出一種有效的管理和劃分，而調(diào)制信號(hào)在具體的實(shí)施過程中，其空間的綜合性能是較為一致的，所以最佳分割方案不管是在規(guī)則性上還是在具體的一致性上都應(yīng)該最大程度的保持一致。2.4.3TCM的編碼增益 （2.1）為了使得整個(gè)信號(hào)傳輸以及調(diào)制過程，以一種更為量化的形式予以說明，定義昂博爾格克編碼的漸近編碼增益P （2.1）（2.1）（2.1）式（2.1）中dfree為編碼的自由歐式距離，dref為工作在每比特能量相同時(shí)無編碼的調(diào)制方案中最小歐式距離。2.5TCM譯碼維特比譯碼又稱為最大似然譯碼，此譯碼方法的核心是在籬笆圖上尋找幸存路徑。如果最大似然函數(shù)能夠在某個(gè)拐點(diǎn)的地方出現(xiàn)的話，那么這樣的一條路線將會(huì)被稱之為幸存路線，如果不能找到的話，那么這樣的路線，毫無疑問，是應(yīng)該被丟棄的，隨后的時(shí)間里，應(yīng)該再對(duì)其進(jìn)行具體的管理和思考，從而保證最終得到的原始數(shù)據(jù)的一致性以及其綜合性。（n，k，m）卷積編碼器的輸入比特流長度為kl，不同的分支路徑有2k1條。維特比譯碼任何時(shí)候，都要將之前的編碼進(jìn)行有序的比對(duì)，之后再重新的選擇一條新的路徑，而并不是在同一時(shí)刻，將所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的比對(duì)和結(jié)合，這樣一來，使得原先相對(duì)較為復(fù)雜的譯碼工作，較之于之前，是實(shí)現(xiàn)了較大的便捷性以及方便性。假設(shè)接收信號(hào)的概率是獨(dú)立同分布的，則根據(jù)條件概率公式：（2-2）式（2.2）中y是估計(jì)序列r是接收序列，在已知r的條件下可以用此公式估計(jì)出y的最大似然函數(shù)值，與上式等價(jià)的函數(shù)為（2-3）其中a，b可以定義為兩個(gè)常量：（2-4）這樣碼元量度可寫成（2-5）維特比譯碼的一般步驟如下：（1）畫出卷積編碼器對(duì)應(yīng)的狀態(tài)圖和籬笆圖。（2）計(jì)算出分支量度的大小。分支量度指的是接收信號(hào)的編碼系列與籬笆圖上的其他的分支序列在綜合的漢明距離之間的較大的差異。（3）將每個(gè)時(shí)刻的綜合距離與之前的距離進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理和說明，得到一個(gè)累計(jì)的總和的值，并且將這個(gè)值予以重點(diǎn)的記錄。（4）將這樣的狀態(tài)，由點(diǎn)及面，推廣到其他的方式中，選擇所有的方式中最小的值，將最大的值予以摒棄。并且將對(duì)應(yīng)的路徑所符合的狀態(tài)值予以重點(diǎn)的記錄，從而使得最終的結(jié)果以一種較為合理的方式回到最開始的地方。（5）在下一個(gè)時(shí)刻，各個(gè)路徑都往后予以重點(diǎn)的延伸，將上述提到的方法予以更進(jìn)一步的重復(fù)和說明，一直到最后，這樣，最終記錄的方式就是按照相關(guān)的要求符合預(yù)先的規(guī)定的要求的值，之后將記錄到的值予以重點(diǎn)的關(guān)注和管理，最終恢復(fù)到最初始的狀態(tài)。在這里需要重點(diǎn)的予以強(qiáng)調(diào)和說明的是，當(dāng)兩條路線都是一致的話，那么此時(shí)只需要保留其中一條，而摒棄另外的一條即可。對(duì)譯碼結(jié)果沒有影響。圖2.6Viterbi譯碼的加比選在卷積編碼器（n，k，m）中，約束長度N=m+1，也就是在任何一個(gè)時(shí)刻最終呈現(xiàn)出來的節(jié)點(diǎn)就是2n-1條路徑，同時(shí)接收上一個(gè)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的2n-1條路徑。移位寄存器的階數(shù)為m，因此系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)為2km，每個(gè)狀態(tài)之下分配的儲(chǔ)存器也是有較大的差異的，分別以一種相對(duì)較為量化的值對(duì)這樣的一個(gè)數(shù)據(jù)予以重點(diǎn)的說明，譯碼復(fù)雜度與編碼器輸入端比特?cái)?shù)n成正比，而與信道的復(fù)雜程度無關(guān)。圖2.7維特比譯碼的基本步驟圖2.8維特比譯碼器結(jié)構(gòu)維特比算法在實(shí)際的算法運(yùn)行的過程中，采取的是通過順序移動(dòng)網(wǎng)格圖來予以計(jì)算的方式來實(shí)施和執(zhí)行的，在一個(gè)時(shí)間間隔T內(nèi)，將所有與之相關(guān)的分支代價(jià)都予以明確的說明。舉例說明，如果卷積編碼器中的存儲(chǔ)單元數(shù)是m，如果延時(shí)器在具體的經(jīng)營過程中的總分支數(shù)目是四個(gè)的話，那么在一個(gè)總共的時(shí)刻中，計(jì)算出來的值就是他的四倍。但是，由于維特比算法在具體的計(jì)算的過程中，是采取同時(shí)計(jì)算的模式予以實(shí)施和執(zhí)行的，因此在路徑代價(jià)每次得以計(jì)算的時(shí)候，能被保留下來的路徑就是N條了。分支代價(jià)指的是兩個(gè)之間的最短的距離。最后在具體的篩選的過程中，采用一種較為合理有效的方式予以篩選，確保最終存留下呂的路徑是一種幸存路徑，這一點(diǎn)在具體的經(jīng)營和實(shí)際的管理過程中，是需要重點(diǎn)的關(guān)注和加強(qiáng)的環(huán)節(jié)，也是在實(shí)際的經(jīng)營過程中，需要重點(diǎn)的關(guān)注和管理的地方。譯碼過程從序列開始被接受開始，就開始逐漸的建立每個(gè)路徑在具體的實(shí)施過程中，需要涉及到的具體的代價(jià)，通過這樣的一種模式，使得最原始的數(shù)據(jù)得以順利的實(shí)施和有效的呈現(xiàn)，這一種模式在整個(gè)過程實(shí)施的過程中，發(fā)揮的綜合作用也是非常重大的，可以說這樣的一種技術(shù)的存在，產(chǎn)生的綜合成效也是非常關(guān)鍵的。169163基于MATLAB的TCM編譯碼器設(shè)計(jì)前兩章簡單敘述了TCM在具體的工作過程中的相關(guān)的工作思路以及具體的工作原理，本章將以具體TCM編譯碼器作為例子，來介紹TCM在具體的編碼過程中的總體的設(shè)計(jì)思路。3.1MATLAB簡介MATLAB目前全球最領(lǐng)先，最前沿的一門通信技術(shù)。它是MathWork公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化數(shù)學(xué)軟件。MATLAB是一種高級(jí)的計(jì)算機(jī)語言，在實(shí)際的使用過程中，為具體的通信技術(shù)帶來了較大的便捷。它將計(jì)算，可視化和編程等都進(jìn)行了一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)合，使得彼此之間能夠在一種相對(duì)較為和諧的環(huán)境中得以順利的實(shí)施和計(jì)算，從而使原先相對(duì)較為復(fù)雜的問題以一種數(shù)字化的模式呈現(xiàn)在我們的面前。MATLAB是一個(gè)交互式系統(tǒng)，在具體的計(jì)算過程中，他的基本的計(jì)算數(shù)據(jù)是矩陣，并且在大小的制定上并沒有較為明確的要求。通過這樣的一種方式能夠較大程度的實(shí)現(xiàn)相關(guān)的技術(shù)問題的關(guān)注和解決。MATLAB系統(tǒng)可分為五個(gè)部分：MATLAB語言。這是一種高級(jí)矩陣語言，他在具體的實(shí)施過程中，起到的至關(guān)重要的作用是控制整個(gè)運(yùn)營流程的作用，，從計(jì)算機(jī)的層面上來看，他所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能也時(shí)非常多的。它既有“小型編程”的功能，能夠在小型的程序上實(shí)現(xiàn)高速的實(shí)現(xiàn)和建立，又有“大型編程”的功能，在較為大型的程序與以實(shí)施和開發(fā)的時(shí)候，其取得的綜合成效相對(duì)也是較大的。MATLAB的工作環(huán)境。在具體的使用過程中，他運(yùn)用的較多的是將工具和設(shè)備進(jìn)行緊密的聯(lián)系和結(jié)合。它包含有在你的工作空間進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)的研究和采集。同時(shí)也有開發(fā)，管理，調(diào)試的系列工具。圖形操作。這是MATLAB的圖形系統(tǒng)。它在具體的計(jì)算指令調(diào)用的過程中，使用的是一種較為高級(jí)的計(jì)算指令，在具體的內(nèi)容處理的層面上，采用的是二維碼以及三維碼相結(jié)合的形式予以實(shí)施和執(zhí)行的，不管是在靜態(tài)的處理層面上，還是在動(dòng)態(tài)的處理層面上，都能夠?qū)崿F(xiàn)較好的管理和較大的提升。MATLAB數(shù)據(jù)功能庫。在實(shí)際的計(jì)算過程中，他擁有了龐大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這樣的一套數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為其在具體的計(jì)算過程中，維持了較大的便捷性，涉及到的各項(xiàng)復(fù)雜的計(jì)算方式也是非常多的，但是利用這樣的一套語言以及計(jì)算方式都能夠?qū)崿F(xiàn)較好的解決和實(shí)現(xiàn)。MATLAB應(yīng)用程序編程界面。這是一個(gè)允許你在MATLAB界面下編寫C和Fortran程序的庫。在調(diào)用動(dòng)態(tài)的鏈接上以及實(shí)際的管理程序上，都能夠?qū)崿F(xiàn)高度的一致和較好的統(tǒng)一，使MATLAB稱為了一種計(jì)算的工具，能夠較好的解決之前無法解決的關(guān)鍵性的問題。3.2仿真流程3.2.1仿真的總體流程圖3.1TCM系統(tǒng)的仿真流程3.2.2TCM編碼部分流程編碼流程如圖3.2所示。圖3.2編碼部分流程圖3.2編碼部分流程如圖3.2為編碼部分程序流程圖。在卷積編碼之前進(jìn)行差分編碼的目的是為了租點(diǎn)程度的克服之前存在的相位問題，差分編碼是將之前輸入的信號(hào)按照一定的原則予以實(shí)行的轉(zhuǎn)換，從而生成全新的信息碼，使彼此之間實(shí)現(xiàn)全新的匹配，然后將全新的信息予以重點(diǎn)的管理和調(diào)制，從而最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)管理系統(tǒng)在具體的計(jì)算過程中，維持其最終的計(jì)算結(jié)果的最大化以及其差異化的形成。圖3.2編碼部分流程3.2.3TCM譯碼部分流程譯碼流程如圖3.3所示。圖3.3維特比譯碼流程如圖3.3為維特比譯碼流程。整個(gè)維特比譯碼過程大致可以概括為兩點(diǎn)，一是對(duì)每個(gè)子集的信號(hào)最好的位置予以實(shí)行的關(guān)注和確定；二是將每個(gè)子集在具體的信號(hào)位置予以統(tǒng)計(jì)，從而最終找出距離最短的幸存路徑。3.3調(diào)試分析3.3.1仿真代碼%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%function[y]=Qfunct（x）%[y]=Qfunct（x）%QFUNCT計(jì)算Q函數(shù)y=（1/2）*erfc（x/sqrt(4）)；%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%clear%8PSK-TCMsimulationM=8；tx=randint（1，1000）；%%用于產(chǎn)生基質(zhì)的均勻分布1-1000的隨機(jī)整數(shù)conv_input=tx（1：2：end）；uncode_data=tx（2：2：end）；%Convolutionalencoder卷積編碼器trellis=poly2trellis（7，[str2double(dec2base(bin2dec('1011011'），M))str2double（dec2base(bin2dec('1111001'），M))])；%poly2trellis是將卷積碼多項(xiàng)式轉(zhuǎn)換成MATLAB的trellis網(wǎng)格表達(dá)式的函數(shù)%str2double把字符串轉(zhuǎn)換數(shù)值%dec2base把十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為8為二進(jìn)制%bin2dec把二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制%約束長度為7，code_data=convenc（conv_input,trellis）；%對(duì)二進(jìn)制信息conv_input進(jìn)行編碼，trellis是編碼器的trellis結(jié)構(gòu)%partitioning分區(qū)partition=[pskmod（1，M,0，'gray'）pskmod（7，M,0，'gray'）；pskmod（2，M,0，'gray'）pskmod（4，M,0，'gray'）；pskmod（3，M,0，'gray'）pskmod（5，M,0，'gray'）；pskmod（0，M,0，'gray'）pskmod（6，M,0，'gray'）]；%TCMModulationTCM調(diào)制txSig=zeros（1，length(uncode_data）)；%zeros（m,n）產(chǎn)生m×n的全0矩陣fork=1：length（uncode_data）%length數(shù)組長度（即行數(shù)或列數(shù)中的較大值）i=code_data（2*k-1）+code_data（2*k）*2；txSig（1，k）=partition（i+1，uncode_data(k）+1)；end%EffectofRayleighchannel瑞利信道的影響x=randn（length(txSig），1)；%返回一個(gè)length（txSig）行1列隨機(jī)矩陣y=randn（length(txSig），1)；ray=sqrt（0.5*(x.^2+y.^2）)；fadeSig=txSig.*ray'；EbNo=（0：1：10）；k=log2（8）；SNR=EbNo+10+10*log10（k）；BER=zeros（1，length(EbNo）)；forn=1：length（SNR）%AddGaussiannoise.添加高斯噪聲。rxSig=awgn（fadeSig,SNR(n），'measured')；%在信號(hào)fadeSig中加入高斯白噪聲，信噪比SNR以dB為單位，measured表 示在加入噪聲之前測定信號(hào)強(qiáng)度%Demodulate.解調(diào)。rx=pskdemod（rxSig,M,0，'gray'）；%Decode解碼r_code=zeros（1，length(rx）*2)；r_uncode=zeros（1，length(rx）)；fori=1：length（rx）switchrx（i）case0r_code（1，2*i-1）=1；r_code（1，2*i）=1；r_uncode（1，i）=0；case1r_code（1，2*i-1）=0；r_code（1，2*i）=0；r_uncode（1，i）=0；case2r_code（1，2*i-1）=1；r_code（1，2*i）=0；r_uncode（1，i）=0；case3r_code（1，2*i-1）=0；r_code（1，2*i）=1；r_uncode（1，i）=0；case4r_code（1，2*i-1）=1；r_code（1，2*i）=0；r_uncode（1，i）=1；case5r_code（1，2*i-1）=0；r_code（1，2*i）=1；r_uncode（1，i）=1；case6r_code（1，2*i-1）=1；r_code（1，2*i）=1；r_uncode（1，i）=1；case7r_code（1，2*i-1）=0；r_code（1，2*i）=0；r_uncode（1，i）=1；otherwiseerror（'Thisisimpossible'）enddecrx1=vitdec（r_code,trellis,2，'trunc'，'hard'）；decrx（1：2：length(tx）)=decrx1；decrx（2：2：length(tx）)=r_uncode;end[nErrors,BER（1，n）]=biterr（tx,decrx）；EndNBRfori=1：length（EbNo）SN=exp（EbNo(i）*log（10）/10)；%信噪比theo_err_prb（i）=2*Qfunct（sqrt(6*SN）*sin（pi/8）)/3；%理論比特誤碼率endsemilogy（EbNo,theo_err_prb,'b*'，EbNo,BER,'o'）；gridon;legend（'TheoreticalBER'，'EmpiricalBER'）；xlabel（'EbNo(dB）')；ylabel（'BER'）；title（'TCM誤碼率分析'）；3.3.2仿真截圖及分析具體仿真截圖如圖3.4和圖3.5所示。圖3.4理論誤碼率與實(shí)際誤碼率比較圖圖3.5信噪比圖3.4所示縱坐標(biāo)BER為誤碼率，圖3.5為信噪比，信噪比大小與圖3.4的橫坐標(biāo)的EbNo成正比，從圖中可以看出信噪比在逐漸的加強(qiáng)的同時(shí)，與之相關(guān)的相應(yīng)的數(shù)值在逐漸的下降和減弱，理論誤碼與實(shí)際誤碼率相差不大，由于有些人為因素、使得最終呈現(xiàn)出來的結(jié)果與實(shí)際的結(jié)果存在著較大的差異，但是從仿真的層面上來看，這樣的一種方式還是利大于弊的，這也體現(xiàn)了TCM的優(yōu)點(diǎn)。4總結(jié)與展望本論文完成了基于MATLAB的TCM編譯碼器的設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了TCM編譯碼在信號(hào)傳輸?shù)倪^程中，不管是從傳輸?shù)乃俣冗€是綜合的傳輸性能，相較于之前，都是有較大的優(yōu)勢的，下面就對(duì)本課題的編譯碼器的設(shè)計(jì)方法、遇到的困難進(jìn)行詳細(xì)的敘述，最后對(duì)TCM技術(shù)進(jìn)行了展望。4.1本課題完成的工作（1）本文著眼于將傳統(tǒng)的方式與現(xiàn)代化的方式相結(jié)合的方式，重點(diǎn)討論了TCM網(wǎng)格編碼調(diào)制的原理，包括TCM編碼器結(jié)構(gòu)，子集分割原理及編碼映射。還介紹了Viterbi譯碼算法。（2）設(shè)計(jì)出具體的TCM編譯碼器，并給出原理及結(jié)構(gòu)圖。（3）對(duì)TCM編碼器進(jìn)行MATLAB仿真，實(shí)現(xiàn)了TCM編譯碼功能。（4）給出了TCM的實(shí)際誤碼率與理論誤碼率的仿真截圖，驗(yàn)證了TCM的糾錯(cuò)能力，證明了使用TCM可以有效的提高通信的可靠性，符合人們對(duì)信息傳送的要求。4.2本設(shè)計(jì)過程中遇到的困難雖然TCM編譯碼器從整體上實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的結(jié)果，但也出現(xiàn)了一些缺陷。有的缺陷是不可避免的，還有的缺陷是因?yàn)橐庀氩坏降穆┒匆鸬摹Ｕ麄€(gè)實(shí)現(xiàn)過程遇到了很多困難，例如以下是編譯碼實(shí)現(xiàn)的過程中遇到的4個(gè)難點(diǎn)：TCM如何對(duì)信號(hào)做最佳劃分以達(dá)到信息的有效傳輸。TCM如何通過維特比譯碼找到最終的幸存路徑以及如何減少甚至是避免維特比譯碼時(shí)的突發(fā)錯(cuò)誤。如何計(jì)算實(shí)際誤碼率和理論誤碼率。MATLAB軟件能否熟練應(yīng)用。4.3TCM技術(shù)的展望目前來看Viterbi算法在TCM中能達(dá)到比較好的效果，今后Viterbi算法將朝著兩個(gè)方向改進(jìn)，一是在譯碼器的速度上有必要進(jìn)行更進(jìn)一步的研究和挖掘，保證期速度能夠維持一個(gè)較為高速的增長，二是努力減少譯碼器的復(fù)雜性。我們知道之所以網(wǎng)格編碼調(diào)制能在其他的各項(xiàng)綜合性能不變的前提之下實(shí)現(xiàn)予以較好的實(shí)施和發(fā)展，是因?yàn)樵诰唧w的設(shè)計(jì)的時(shí)候，將與之相關(guān)的一些因素予以了重點(diǎn)的結(jié)合和管理，充分考慮了信道編碼與調(diào)制之間的聯(lián)系。參考文獻(xiàn)[1]肖萍萍，金振坤，周一.通信原理與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2013，9.[2]陳志成，鄭寶玉，吉曉東，肖小潮.一種基于TCM的信道編碼與物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的聯(lián)合設(shè)計(jì)[J].電子與信息學(xué)報(bào)，2011，11：2594-2599.[3]王鵬.編碼器的原理特性及應(yīng)用[J].重工與起重技術(shù)，2011，03：20-22.[4]李紅軍，葛建華，董亞萍，金博.ATSCDTV系統(tǒng)中TCM編譯碼器的實(shí)現(xiàn)和簡化[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，02：13-16.[5]曹田.基于TCM的編碼調(diào)制技術(shù)在