Сигнально-кодовые конструкции (треллис-модуляция)

Применение многопозиционной КАМ в чистом виде сопряжено с проблемой недостаточной помехоустойчивости. Поэтому во всех современных высокоскоростных протоколах КАМ используется совместно с решетчатым кодированием — специальным видом сверточного кодирования. В результате появился новый способ модуляции, называемый треллис-модуляцией (ТСМ — Trellis Coded Modulation). Выбранная определенным образом комбинация конкретной КАМ помехоустойчивого кода в отечественной технической литературе носит название сигналъно-кодовой конструкции (СКК). СКК позволяют повысить помехозащищенность передачи информации наряду со снижением требований к отношению сигнал/шум в канале на 3—6 дБ. При этом число сигнальных точек увеличивается вдвое за счет добавления к информационным битам одного избыточного, образованного путем сверточного кодирования. Расширенный таким образом блок битов подвергается все той же КАМ. В процессе демодуляции производится декодирование принятого сигнала по алгоритму Витерби. Именно этот алгоритм за счет использования введенной избыточности и знания предыстории процесса приема позволяет по критерию максимального правдоподобия выбрать из сигнального пространства наиболее достоверную эталонную точку.

Выбор способов модуляции и кодирования сводится к поиску такого заполнения сигнального пространства, при котором обеспечивается высокая скорость и высокая помехоустойчивость. Комбинирование различных ансамблей многопозиционных сигналов и помехоустойчивых кодов порождает множество вариантов сигнальных конструкций. Согласованные определенным образом варианты, обеспечивающие улучшение энергетической и частотной эффективности, и являются сигнально-кодовыми конструкциями. Задача поиска наилучшей СКК является одной из наиболее сложных задач теории связи. Современные высокоскоростные протоколы модуляции (V.32, V.32bis, V.34 и др.) предполагают обязательное применение сигнально-кодовых конструкций.

Все применяемые сегодня СКК используют сверточное кодирование со скоростью (га—1 /п), т.е. при передаче одного сигнального элемента используется только один избыточный двоичный символ.

Типичный кодер, применяемый совместно с модулятором ФМ-8 представлен на рис. 6.7. Он является сверточным кодером с относительной скоростью кода, равной 2/3. Каждым двум информационным битам на входе кодер сопоставляет трехсимвольные двоичные блоки на своем выходе, которые и поступают на модулятор ФМ-8.

Рис. 6.7. Схема сверточного 2/3 кодера

Применение сигналов ФМ связано с разрешением проблемы неоднозначности фазы восстановленной на приеме несущей. Данная проблема решается за счет относительного (дифференциального) кодирования, что в системах без помехоустойчивого кодирования приводит к размножению ошибок. В системах с помехоустойчивым кодированием относительное кодирование также используется. В этом случае имеет значение последовательность включения относительного и помехоустойчивого кодера.

Различают внешнее и внутреннее относительное кодирование. При внутреннем кодировании относительный кодер расположен на выходе помехоустойчивого кодера, а на приемной стороне относительный декодер включен на входе помехоустойчивого декодера (рис. 6.8, а). В этом случае помехоустойчивый кодер должен уметь бороться с группирующимися ошибками.

Внешнее относительное кодирование в ряде случаев является более выгодным, так как источник размножения ошибок — относительный декодер — включен на выходе помехоустойчивого декодера (рис. 6.8, б). Однако при этом теперь возникают трудности декодирования, вызванные неоднозначностью фазы опорного колебания при демодуляции. При ФМ-2 неоднозначность фазы опорного колебания (0 или я) приводит к явлению "обратной работы", заключающейся в том, что передаваемые единичные биты принимаются нулевыми, а нулевые — наоборот единичными. При большем числе позиций фазы возможна не только инверсия, но и перестановка двоичных символов. Решение этой проблемы заключается в использовании помехоустойчивых кодов, прозрачных, т.е. нечувствительных, к неопределенности фазы опорного колебания. Известно несколько видов СКК, обеспечивающих прозрачность к неопределенности фазы восстановленной несущей. Они также основаны на свер-точном кодировании со скоростью (п—\/п), т.е. используется только один избыточный двоичный символ.

Рис. 6.8. Схема внутреннего (а) и внешнего (б) включения относительного кодера