关于编码和调制技术发展的探讨(一)

该在和这个信息有关的所有判决执行之前，将信息过早地丢弃。

采用将编码和调制结合的方法，解调器就不会将一些错误传递到译码器。解调器只是对各种符号进行暂时的估计，通常被称作“软”判决，这样就可以不丢失一些对于译码器来说有用的信息。“最佳”的译码器可以采用ＭＡＰ（最大后验概率）算法，将比特差错率（ＢＥＲ）最小化。软判决译码相对于硬判决译码，通常在性能上具有一定程度的改善。经常引用的数字是，如果采用软判决，信号的ＳＮＲ会相对于硬判决具有２ｄＢ的优势。

在进行硬判决译码时，采用码字间汉明距离最大化准则；而对于软判决译码，则是几何距离（欧式距离）最大化准则。因此，软判决译码时我们常说针对“信号空间”进行译码。

2． 性能分析

现在让我们来分析一下非编码传输情况下，系统的性能与理论极限之间的差距，以及编码可以获得的增益。当ＢＥＲ是１０－５时，非编码传输下Ｅb/Ｎ0与香农极限相差９．４ｄＢ。当采用卷积编码时，Ｅb/Ｎ0可以获得相对于非编码传输来说５．７ｄＢ的增益。２０世纪６０年代发明的二进制卷积编码配合序贯译码，可以使Ｅb/Ｎ0与香农极限仅差３ｄＢ。在近些年，这个３ｄＢ的约束也被突破了。前一些年，将ＲＳ码与卷积码级联被大家认为是一种“艺术”；当ＢＥＲ为１０－５时，这种系统的性能与香农极限大概相差２．３ｄＢ。对于Ｔｕｒｂｏ码来说，如果采用恰当的交织器，就可以非常地贴近极限。１９９３年设计的第一种Ｔｕｒｂｏ码，当ＢＥＲ为１０－５时，Ｅb/Ｎ0与极限大概相差０．５ｄＢ。现在一个码块长度为１０７、速率为1/2的ＬＤＰＣ码字，在ＢＥＲ为１０－６的情况下，与香农极限仅相差０．０４ｄＢ。

Turbo码在ＢＥＲ为10-4~10-5的情况下，性能非常好；然而，对于低ＢＥＲ，性能则会有所下降，因为码字间相对较小的最小欧式距离在这种ＢＥＲ的情况下，会对性能有所影响。码字间最小欧式距离较小，会使得ＢＥＲ曲线在ＢＥＲ低于10-5的时候斜率变小，这种现象称作“差错效应”。这种差错效应使得Turbo码并不适用于ＢＥＲ非常低的情况。较小的最小距离和缺乏差错检测能力（因为在Turbo译码中，只有信息比特被译码），使得Turbo码在出现块差错的情况下性能很差。所以说，较差的块差错性能使得这些码字不适用于一些通信环境。此外，译码延迟同样会影响到对编码调制方案的选择。实际上，Turbo和LDPC码的译码延迟都相当长，所以它们只适用于一些非实时的数据通信。

1.3 带宽受限信道

使用差错控制编码需要系统能够承载较高的速率，因此，需要具有较大的传输带宽。而对于带宽受限的信道，则需要增加功率效率和频谱效率，可以采用将编码和调制相结合的方式，将高阶调制与高速率编码相结合。在带宽受限信道中，早期的解决办法是采用非编码的多级调制；在20世纪70年代中期发明的格型编码调制（TCM），指明了另一个方向。格型编码调制将调制与卷积编码结合，在接收端，不是独立进行解调和译码，而是将两者结合在一起。

在TCM中，调制器都具有存储器。在标准（无记忆）调制方案中，对于每个要发送的符号，调制器只是按照这个符号选择信号。但对于TCM，信号的选择需要依赖于一些过去的符号。我们说这些过去的符号使TCM进入一个状态，信号的生成依赖于信源符号和这个状态信息。解调TCM所需的计算量直接与调制器的状态数成正比。然而，增加状态数将会使性能得到改进。表3总结了一些将星座图扩大一倍后TCM可以获得的编码增益。表3中考虑的是编码8PSK（相对于非编码4PSK）和编码16QAM（相对于非编码8PSK）的情况。这些编码增益只有在高的ＳＮＲ的情况下才能达到，当ＳＮＲ递减时，也会随之减小。

2 无线信道带来的挑战

信道模型在很大程度上影响编码调制方案。我们已经提到了高斯信道，其他重要的信道模型通常都属于数字无线传输下的信道模型。在无线信道中，非线性、多普勒频移、衰落、阴影效应和其他用户的干扰，使得无线信道不能用简单的AWGN信道来建模。在无线信道模型中，最常用的模型是平坦独立衰落信道（在一个符号间隔内信号衰减被认为是一个常量，符号间彼此独立）、块衰落信道（在由Ｎ个符号组成的块内衰落是一个常数，块间衰落独立变化）和处于干扰受限模式的信道。最后一种信道模型的提出是因为在多用户的环境中，主要的问题就是克服干扰，干扰比噪声更加影响传输的可靠性。

2.1 平坦衰落信道

在平坦衰落信道模型中，调制符号的周期比由多径引起的时延扩展要大。因此，一个符