【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0ny1ny2ny022? ? ?? ?101 2 nn y? ? ?, y? ?2 1 02 2 n n nyy? ? ?, y? ?3 2 1 0n n n ny y y?y 圖 8PSK 調(diào)制信號(hào)集合分割示意圖 令 n 時(shí)刻始于第 i 級(jí)的同一結(jié)點(diǎn) (子集 )的兩個(gè)分支所對(duì)應(yīng)的編碼比特為 0iny?或 1，則在共有 ( 1)m? 級(jí)的集分割圖中，第 i 級(jí) ( 0,1, , 1im??)共有 2i 個(gè)子集，每8 基于 C6416DSK 的音頻 TCM 編解碼的程序開發(fā) 個(gè)子集中包含 12mi?? 個(gè)信號(hào)點(diǎn)，其中每個(gè)子集對(duì)應(yīng)于不同的 i 個(gè)編碼比特 10innyy? 。因此 ? ?10iin n nyy??y將唯一地確定第 i 級(jí)中的某一子集，從而可以將 iny 看作是該子集的 標(biāo)值，反映子集在集分割樹中的位置，記 iny 的十進(jìn)制表示為 0 2 1iik? ? ? 。()mm? 個(gè) 未 編碼 比特 和第 ( 1)m? 級(jí) 子集 的標(biāo) 值所 共同 組成 的 ( 1)m? 元? ? ? ?1 1 1 0, , , , , ,m m m m mn n n n n ny y y y y? ? ??y 構(gòu)成了空間信號(hào)點(diǎn)的標(biāo)號(hào)索引。根據(jù)對(duì)集合分割示意圖的觀察，可得出一個(gè)重要的性質(zhì)：如果同級(jí)的兩個(gè)子集標(biāo)值的最末 q 位相同，而 qny 位不同，則這兩個(gè)子集的信號(hào)點(diǎn)屬于集分割樹上第 q 級(jí)的同一個(gè)子集，因此這兩個(gè)子集中任意兩個(gè)信號(hào)點(diǎn)之間的最小歐氏距離至少是 q? ，這一性質(zhì)稱為集分割原理。 對(duì)通常二進(jìn)制編碼二維 TCM，信號(hào)點(diǎn)與分解子集的映射規(guī)則，可以歸納如下： 1) 始于同一狀態(tài)的轉(zhuǎn)移分支的對(duì)應(yīng)信號(hào)應(yīng)屬于同一個(gè)經(jīng)第一級(jí)集分割后的子集，即保證從同一 狀態(tài)發(fā)出的分支間至少具有歐氏距離 1? ( 1? 為第一次子集分割的信號(hào)的歐氏距離 )； 2) 到達(dá)同一狀態(tài)的轉(zhuǎn)移分支對(duì)應(yīng)的信號(hào)應(yīng)屬于同一個(gè)經(jīng)第一級(jí)集分割后的子集，即保證進(jìn)入同一狀態(tài)的分支間至少具有歐氏距離 1? ； 3) 平行轉(zhuǎn)移分支對(duì)應(yīng)的信號(hào)點(diǎn)應(yīng)屬于同一個(gè)經(jīng)末級(jí)集分割后的子集。即保證兩狀態(tài)間的平行分支之間具有最大的歐氏距離 1m?? ( 1m?? 為末級(jí)子集分割后信號(hào)點(diǎn)間的歐氏距離 )； 4) 信號(hào)點(diǎn)的映射必須保證，在信息碼比特中“ 0”、“ 1”分布等概率的假設(shè)下，映射所得到的各個(gè)信號(hào)點(diǎn)出現(xiàn)也是等概率的，并應(yīng)有盡可能好的規(guī)則性和對(duì)稱性。這一原則表明一個(gè)好的 TCM碼應(yīng)具有規(guī)則的結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)?TCM方案實(shí)際上是一種對(duì)信號(hào)空間作最佳分割的方案，而調(diào)制信號(hào)空間是對(duì)稱的，所以最佳分割方案也應(yīng)具有規(guī)則性和對(duì)稱性。 需要指出的是，從編碼符號(hào)到空間信號(hào)點(diǎn)的映射不是唯一的，只要其滿足上述幾個(gè)原則即可；而且對(duì)于 ()mm? 個(gè)未編碼比特，它們?nèi)绾闻c子集中的信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行映射在 TCM 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中并不重要，因?yàn)樗鼈儾⒉挥绊?TCM 碼的自由歐氏距離，故對(duì)編碼的性能影響不大。 第二章 TCM 網(wǎng)格編碼調(diào)制 9 基于 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)送端關(guān)鍵技術(shù) ITU 的 V． 34 協(xié)議采用了先進(jìn)的編碼技術(shù)，能夠在公眾交換電話網(wǎng)上獲得之前數(shù)據(jù)傳輸所不能達(dá)到的速率，所以迅速成為標(biāo)準(zhǔn)電話線路上快速及可靠通信的選擇。 V． 34 協(xié)議廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸中，如何利用傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理器去設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)就顯得尤為重要。對(duì)于需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，遵循 V． 34 協(xié)議中信號(hào)的處理流程。處理過程 分為兩大部份：發(fā)送與接收。下面分別講述發(fā)送與接收信號(hào)的詳細(xì)處理流程。 本文 中發(fā)送端 采用 了基于 標(biāo)準(zhǔn) [3] 的四維 網(wǎng)格編碼調(diào)制 (4DTCM)， 結(jié)合擾碼，分解，殼狀映射 [15] 和差分編碼等技術(shù) ， 實(shí)現(xiàn) 對(duì)傳輸信號(hào)的點(diǎn)集進(jìn)行集合分割映射。 發(fā)送端結(jié)構(gòu)如圖 所示。 ? ?? ? ? ?????????? ??????????????????????? ?, , , 1 , , , 2 , , , , .. .,i j k i j k i j k qQ Q Q? ?, 1 , ...,i i kSS ? ?,i j km,2ijI,3ijI,1ijI()Zm()un0()Um()xn 圖 TCM 解決方案發(fā)送端結(jié)構(gòu) 擾碼及數(shù)據(jù)分解 單路二進(jìn)制數(shù)據(jù)流最先進(jìn)入的就是 擾碼和數(shù)據(jù)分解單元。本單元有兩個(gè)作用：第一，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼，減少連續(xù)的 0 或者連續(xù)的 1 碼以保證位定時(shí)恢復(fù)10 基于 C6416DSK 的音頻 TCM 編解碼的程序開發(fā) 的質(zhì)量，還能使信號(hào)頻譜彌散而保持穩(wěn)定，改善幀同步和自適應(yīng)時(shí)域均衡的性能。擾碼雖然“擾亂”了數(shù)字信號(hào)的原有形式，但這種“擾亂”是有規(guī)律的，因而也可以解除。在接收端有專門的解擾過程。第二，將擾碼后的數(shù)據(jù)分成不同的組，以做后面選點(diǎn)的處理。 協(xié)議中，擾碼采用一個(gè)線性反饋移位寄存器，對(duì)應(yīng)的特征多項(xiàng)式如下 [17]： ? ? 1 8 2 31G P z z??? ? ? (24) S輸 入 序 列1z ? 1z ?1z ?1z ?1z ?? ?G輸 出 序 列18Gz? －Gz? － 23 圖 擾碼器結(jié)構(gòu)圖 在 協(xié)議中，輸出的二維信號(hào)序列由映射幀組成。映射幀可以認(rèn)為是八個(gè)二維符號(hào)序列，也可以看作四個(gè)四維符號(hào)序列，或者是一個(gè)十六維符號(hào)。當(dāng)網(wǎng)格編碼對(duì)四維符號(hào)進(jìn)行操作的同時(shí)，可以認(rèn)為殼狀映射是對(duì)十六維符號(hào)進(jìn)行操作。數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)如圖 所示： i 1 i i + 1 i + 2 i + 3 i + 4j = 0 j = 1 j = 2 j = 3k = 0 k = 1映射幀表示一個(gè) 4 維符號(hào)表示一個(gè) 16 維符號(hào)表示一個(gè) 2 維符號(hào) 圖 映射幀結(jié)構(gòu) 映射幀是發(fā)射機(jī)輸出數(shù)據(jù)的最小單元。發(fā)射機(jī)主控程序中每循環(huán)一次發(fā)送八個(gè)符號(hào)點(diǎn)的序列，組成一個(gè)映射幀 b。每個(gè)映射幀的大小 b 是可變的，根據(jù)符號(hào)率與數(shù)據(jù)傳輸速率的不同而變化。例如，如果數(shù)據(jù)傳輸速率為 28800bps，符號(hào)率為3200 符號(hào) /秒，一個(gè)映射幀的比特?cái)?shù)為 28800/3200/8=72。本文中采用的是 3429 符號(hào) /秒，數(shù)據(jù)傳輸率為 33600bps,一個(gè)映射幀的比特?cái)?shù)大小為 79。 我們將加擾后輸出的數(shù)據(jù)塊分解為不同的組，以供后續(xù)的處理，分解后的數(shù)據(jù)形式如下： 第二章 TCM 網(wǎng)格編碼調(diào)制 11 ? ?,1 ,2 , ,...,i i i KS S S ? ? ? ? ? ?, 0 . 0 , 0 , 0 , 0 , 1 , 0 , 0 , 2 , 0 , 0 , , 0 , 1 , 1 , 0 , 1 , 2 , 0 , 1 ,1 , 2 , 3 , , , .. ., , , .. .,i i i i i i q i i i qI I I Q Q Q Q Q Q ? ? ? ? ? ?, 1 . 1 , 1 , 1 , 0 , 1 , 1 , 0 , 2 , 1 , 0 , , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 2 , 1 , 1 ,1 , 2 , 3 , , , .. ., , , .. .,i i i i i i q i i i qI I I Q Q Q Q Q Q ? ? ? ? ? ?, 2 . 2 , 2 , 2 , 0 , 1 , 2 , 0 , 2 , 2 , 0 , , 2 , 1 , 1 , 2 , 1 , 2 , 2 , 1 ,1 , 2 , 3 , , , .. ., , , .. .,i i i i i i q i i i qI I I Q Q Q Q Q Q ? ? ? ? ? ?, 3 . 3 , 3 , 3 , 0 , 1 , 3 , 0 , 2 , 3 , 0 , , 3 , 1 , 1 , 3 , 1 , 2 , 3 , 1 ,1 , 2 , 3 , , , .. ., , , .. .,i i i i i i q i i i qI I I Q Q Q Q Q Q 分解后的 K 比特 S 序列數(shù)據(jù)送給殼狀映射，四組 ? ?,3 , 2i j i jII進(jìn)行差分編碼。其余部分直接參與選點(diǎn)。 I 表示映射幀的序號(hào)。其中，四組 I 比特是固定的， S 序列與 Q 序列根據(jù)常數(shù) K 和 q 的值不同而變化， K 和 q 的值取決于數(shù)據(jù)傳輸速率的大小。映射幀的大小不同，兩個(gè)常數(shù)的值也不同。 b,K,q 三者的關(guān)系為： 0 if b 1 2 。 0 K 3 21 2 8 if b 1 2 。KK b q??? ??? ? ? ?? (25) 例如，數(shù)據(jù)傳輸速率為 9600bit/s 時(shí)， K=20， q=0，一個(gè)映射幀的比特?cái)?shù)則為20+3*4=32 比特。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率為 14400bit/s 時(shí)， K=28， q=1，一個(gè)映射幀大小為 28+12+8*1=48 比特。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率為 19200bit/s 時(shí)， K=28， q=3，映射幀大小為 28+12+8*3=64 比特。 殼狀映射 殼型映射（ shell mapping）是 協(xié)議中的一個(gè)關(guān)鍵 技 術(shù)，它與 網(wǎng) 格編碼結(jié)合，通過超星座 圖 來實(shí)現(xiàn)符號(hào)到信號(hào)點(diǎn)的映射。其實(shí)質(zhì)是一種星座整形方法，目的是使信號(hào)點(diǎn)在擴(kuò)展的星座 圖 上達(dá)到近似高斯分布，使得功率小的星座點(diǎn)出現(xiàn)的概率增大，信號(hào)平均功率減小，獲得整形增益；另外通過殼型映射增加 了星座點(diǎn)間歐氏距離，因而增強(qiáng)了抗干擾能力。在編碼增益已 經(jīng) 很高的系統(tǒng)中，提高整形增益有著非常重要的意義。 本 文 首先對(duì)殼型映射的原理及多維圓環(huán)的權(quán)重排列做出介紹，重點(diǎn)說明 中的殼型映射算法 實(shí)現(xiàn)。 1 殼型映射的原理 殼狀映射是一種一次對(duì)一組信號(hào)進(jìn)行編碼的方法，它可以很好地與多維編碼方式相結(jié)合，而且支持非整數(shù)比特的情 況，使我們可以使用任意的符號(hào)率與比特率的組合。 12 基于 C6416DSK 的音頻 TCM 編解碼的程序開發(fā) 算法是把多維星座 圖 所對(duì)應(yīng)的二維星座 圖 分成 M 個(gè)圓環(huán)，各圓環(huán)用不同數(shù)值0， 1， 2， …… ， (M1) 表示，稱之為權(quán)重。圓環(huán) 0 由 L/M（ L 為所選二維星座 圖上總信號(hào)點(diǎn)數(shù)）個(gè)最低功率信號(hào) 點(diǎn)組成，圓環(huán) 1 到 (M1)依次選取 L/M 個(gè)未被選取的低功率信號(hào)點(diǎn)。 N 個(gè)圓環(huán)在一起構(gòu)成 N 維圓環(huán)序列，一共有 M N種排列方法。 N維圓環(huán)序列的權(quán)重為各個(gè)圓環(huán)權(quán)重的總和。星座映射時(shí)，先由殼型映射單元找到信號(hào)所在的圓環(huán)，再在圓環(huán)中確定下來最終的星座點(diǎn)。如 圖 所示。 殼型映射的核心思想，就是把 M N個(gè) N 維圓環(huán)序列，按權(quán)重遞增的規(guī)律排列成一個(gè)表，權(quán)重最小的序列位于表頭，最大的位于表尾。其中，具有相同權(quán)重的序列叫做一個(gè)殼。位 于表頭的序列標(biāo)號(hào)為 0，下面的序列依次加 1，則表尾的標(biāo)號(hào)為 M N1。算法利用 K 個(gè)映射比特，可選取表中 2 K個(gè)最接近表頭的序列，即能量最小的 2 K個(gè)序列。這樣，權(quán)重小的也就是功率小的星座點(diǎn)出現(xiàn)的概率增大，從而使信號(hào)平均功率減小，達(dá)到了星座整形的目的。 2 多維圓環(huán)的排列準(zhǔn)則 在解釋算法之前，先簡(jiǎn)要介紹一下多維圓環(huán)的排列方法： 對(duì)于 i 維圓環(huán) Xi， G(Xi)表示 Xi 的權(quán)重， Xi 前半部分和后半部分分別表示為 XiH=[X1， X2， ...， Xi/2]和 XiE =[Xi/2+1， Xi/2+2， ...， Xi] 對(duì)于兩 個(gè) i 維圓環(huán) Ai 和 Bi，排序依照以下原則： ① 當(dāng) G(Ai)G(Bi)時(shí)， Ai 在表中的位置在 Bi 之前； ② 當(dāng) G(Ai)=G(Bi)時(shí)，且 Ai≠Bi，若 AiH在圓環(huán)序列長(zhǎng)度為 i/2 的表中所處位置位于 BiH之前時(shí)，則 Ai 在圓環(huán)序列長(zhǎng)度為 i 的表中所處位置位于 Bi 之前； ③ 當(dāng) G(Ai)=G(Bi)時(shí)，且 AiH=BiH， AiE≠BiE，若 AiE在圓環(huán)序列長(zhǎng)度 i/2 的表中所處位置位于 BiE之前時(shí)，則 Ai 在圓環(huán)序列長(zhǎng)度為 i 的表中所處位置位于 Bi 之前。 3 中的殼型映射編碼算法 [15] 首先， 協(xié)議每次運(yùn)行時(shí)在最初的握手過程中會(huì)確定下來三個(gè)映射參數(shù)：圓環(huán)數(shù) M、星座點(diǎn)數(shù) L、殼型映射輸入比特?cái)?shù) K。根據(jù) M，先要計(jì)算出四個(gè)表： g 2 (p)、 g 4 (p) 、 g 8 (p) 、 z 8 (p)。其中 z 8 (p)表示權(quán)重小于 p 的八維圓環(huán)序列的個(gè)數(shù)，g 2 (p)、 g 4 (p) 、 g 8 (p)分別表示權(quán)重為 p 的二維、四維、八維圓環(huán)的個(gè)數(shù)。 第二章 TCM 網(wǎng)格編碼調(diào)制 13 首先定義： 2 ( 1 ) 0 p 2 ( M 1 )0