signalnoe_kodirovanie

1. Сигнальное кодирование

Выполнил
Богуславский Семен
2 курс магистратура
Информационные системы и технологии

2.

Помехи
В любом реальном канале связи
присутствуют помехи (шумы). Они
искажают сигнал, и приёмник может
ошибочно определить переданный бит.
Вероятность ошибки зависит от того,
насколько похожи сигналы,
соответствующие разным битам. Чем ближе
сигналы друг к другу, тем легче их
перепутать.
Чтобы уменьшить вероятность ошибки, к
полезным битам добавляют проверочные
биты. Например, вместо «1» передают
«11», вместо «0» – «00». Если из-за помехи
принято «10» (запрещённая комбинация),
декодер исправляет её на «11». Это
называется помехоустойчивым
кодированием.
2

3.

Проблема: расширение полосы частот
Добавление проверочных битов
увеличивает скорость передачи в канале, а для
передачи сигнала с большей скоростью требуется
более широкая полоса частот.
Однако частотный ресурс ограничен – например,
телевизионные каналы имеют фиксированную полосу
6, 7 или 8 МГц. Поэтому возникает задача: как
повысить помехоустойчивость без расширения
полосы?

4.

Идея сигнального кодирования
Сигнальное кодирование (или решетчатое
кодирование, Trellis Coded Modulation, TCM) – это
объединение процессов кодирования и модуляции в
единую сигнально-кодовую конструкцию (СКК).
Вместо того чтобы сначала кодировать биты, а потом
модулировать, мы сразу выбираем
такие последовательности элементарных
сигналов, которые максимально отличаются друг от
друга. При этом скорость передачи информации
(количество бит в секунду) остаётся неизменной, а
полоса частот не расширяется.
Ключевая идея: избыточность создаётся не
добавлением битов, а ограничением на
разрешённые последовательности сигналов.
Декодер на приёмной стороне анализирует не каждый
символ отдельно, а цепочку символов и выбирает
наиболее правдоподобный путь по решётчатой
4

5.

Геометрическое представление
сигналов. Евклидово расстояние
Любой сигнал, у которого есть два
параметра (например, синфазная I и
квадратурная Q составляющие), можно
изобразить точкой на плоскости.
Совокупность всех возможных
сигналов называется сигнальным
созвездием.
Расстояние между двумя точками – это евклидово
расстояние:
Вероятность ошибки при приёме тем меньше, чем
больше минимальное евклидово расстояние между
сигналами. Сигнальное кодирование целенаправленно
выбирает такие последовательности, чтобы это минимальное
расстояние было максимальным.
5

6.

Разложение ансамбля КАМ-16
Для повышения эффективности созвездие
разбивают на вложенные подмножества. На
рис. 5.17 показано разбиение 16-QAM. На
каждом уровне разбиения расстояние
между точками в подмножествах растёт. В
TCM переходы между символами
организуют так, чтобы они шли из одного
подмножества в другое, что дополнительно
увеличивает евклидово расстояние.
6

7.

Как работает кодер сигнального
кодирования
Работа сигнального кодера (рис. 5.18)
•На вход кодера поступают 2 информационных бита за
такт.
•Первый бит обрабатывается свёрточным
кодером (ячейки задержки + сумматоры). Кодер имеет
память и выдаёт 2 бита, зависящих от текущего и
предыдущих битов.
•Второй бит не кодируется, идёт напрямую.
•Полученные 3 бита подаются на модулятор 8-PSK,
который выбирает одну из восьми фаз сигнала.
•За такт передаётся один символ 8-PSK, который несёт 2
бита полезной информации. Скорость в канале не
увеличилась → полоса частот не расширяется.
•Избыточность создаётся памятью кодера и решёткой
разрешённых последовательностей.
7

8.

Заключение
1. Проблема классического подхода
Помехоустойчивое кодирование (добавление проверочных битов)
повышает надёжность, но расширяет полосу частот, что не всегда
возможно.
2. Идея сигнального кодирования (TCM)
Объединить модуляцию и кодирование. Избыточность создаётся не
лишними битами, а памятью кодера и решёткой разрешённых
последовательностей сигналов.
3. Ключевой приём
Используется более плотное сигнальное созвездие (например, 8-PSK
вместо 4-PSK). Передаётся тот же объём информации за то же
время, но разрешённые последовательности имеют большее
евклидово расстояние.
8

9.

Список использованных источников
•Баскаков С.И. «Радиотехнические цепи и сигналы»
(2000);
•Биккенин Р.Р., Чесноков М.Н. «Теория электрической
связи»;
•Никитин Н.П., Лузин В.И. и др. «Телевизионные
цифровые системы» (2016);
•Самойлов А.Г., Самойлов С.А. «Устройства
генерирования и формирования сигналов» (2018).
9