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摘要:信道編碼是數(shù)字通信系統(tǒng)中保障數(shù)字信息在傳輸中降低誤碼，達(dá)到傳送的完整性和準(zhǔn)確性起到關(guān)鍵作用，特別是衛(wèi)星信道是一種無(wú)線隨機(jī)信道，在相同誤碼率情況下降低信噪比對(duì)提高衛(wèi)星傳輸起到至關(guān)作用，本文從信道編碼的角度，重點(diǎn)研究和介紹了幾種適用于衛(wèi)星信道傳輸?shù)男诺谰幋a技術(shù)以及它們的技術(shù)特性和在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:衛(wèi)星通信;傳輸;信道編碼;研究

近年來(lái)，隨著衛(wèi)星通信需求的增加和衛(wèi)星通信新技術(shù)的不斷發(fā)展以及衛(wèi)星通信的數(shù)字化不斷深入，衛(wèi)星信道編碼技術(shù)給科研工作者帶來(lái)了新的研究課題，信道編碼技術(shù)可以有效對(duì)信道傳輸中的誤碼進(jìn)行糾錯(cuò)和檢錯(cuò)，不同的編碼類(lèi)型可以在相同誤碼率的情況下大大降低對(duì)信噪比的要求，從而使得衛(wèi)星通信設(shè)備降低發(fā)射功率，也使得衛(wèi)星通信設(shè)備小型化成為可能。近幾年來(lái)，如Turbo碼，LDPC等新型編碼技術(shù)在國(guó)際和區(qū)域衛(wèi)星通信的的通信業(yè)務(wù)和傳輸中層出不窮并得到廣泛應(yīng)用。本文就重點(diǎn)對(duì)兩種新型的適用于衛(wèi)星信道傳輸?shù)?a href="http://www.hysicame.cn/txcb/yingjitongxinlunwen/739476.html" target="_blank">信道編碼技術(shù)的技術(shù)特性和在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和分析。

一、信道編碼的作用

數(shù)字通信中有信源編碼和信道編碼兩種類(lèi)型，其中信源編碼的目標(biāo)就是使信源減少冗余，更加有效、經(jīng)濟(jì)地傳輸，最常見(jiàn)的應(yīng)用形式就是壓縮。相對(duì)地，信道編碼是為了對(duì)抗信道中的噪音和衰減，通過(guò)增加冗余，如校驗(yàn)碼等，來(lái)提高抗干擾能力以及糾錯(cuò)能力。根據(jù)山農(nóng)公式，對(duì)于一個(gè)無(wú)記憶的信道，存在一參數(shù)C(信道容量)，當(dāng)信道中的信息傳輸速率R小于C時(shí)，通過(guò)適當(dāng)?shù)木幋a和譯碼方法總可以使得信道的接收端誤碼率Pe任意小。于是專(zhuān)家們推出了更加逼近Shannon極限的Turbo碼，該編碼譯碼復(fù)雜度相對(duì)于前些編碼更加容易接受，性能更加接近信道容量。1996年一種新型的LDPC編碼技術(shù)因?yàn)榫幋a結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能超過(guò)了Turbo碼，被廣泛使用在TDMA系統(tǒng)中。目前，在國(guó)際性通信系統(tǒng)中Turbo碼和LDPC的信道糾錯(cuò)編碼技技術(shù)被廣泛使用，而且許多國(guó)外衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商和業(yè)務(wù)提供商都使用帶有這些編碼技術(shù)的調(diào)制解調(diào)器或收發(fā)通信設(shè)備。

二、Turbo碼性能

為了進(jìn)一步提高編碼的性能，1993年由Berrou，Glavieux和Thitimajshima在提出了Turbo碼，它是一種并行級(jí)聯(lián)卷積碼。Turbo碼將分量碼和隨機(jī)交織器巧妙結(jié)合起來(lái)，采用并行級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)編碼的思想，采用軟輸入軟輸出的迭代譯碼方法，達(dá)到了接近香農(nóng)限的性能。分量碼編碼器是重要的組成部分，該部分產(chǎn)生系統(tǒng)信息和校驗(yàn)信息。由于遞歸系統(tǒng)卷積碼(RSC)具有良好的譯碼性能，且存在較高的交織增益，譯碼性能也會(huì)隨著交織長(zhǎng)度增加而提高。影響譯碼性能的因素很多，如卷積碼的約束長(zhǎng)度、生成多項(xiàng)式以及生成多項(xiàng)式的順序等，所以，在實(shí)際中具有種類(lèi)不同的分量碼構(gòu)造的Turbo碼。Turbo碼的交織器更主要的功能是使碼重分布合理，降低數(shù)據(jù)序列的相關(guān)性，增大輸出碼字的最小漢明距，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)編碼。根據(jù)香農(nóng)理論，碼長(zhǎng)越長(zhǎng)，編碼增益越大。所以交織器的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，Turbo碼的碼長(zhǎng)越長(zhǎng)，性能越好。另外，交織器的交織規(guī)則也是影響因素。最簡(jiǎn)單的交織器即行列交織器，數(shù)據(jù)按行寫(xiě)入，按列讀出。在選用交織器時(shí)需要根據(jù)交織器長(zhǎng)度、交織規(guī)則、系統(tǒng)復(fù)雜度等因素綜合考慮。

三、LDPC編碼性能

LDPC編碼是被稱(chēng)為低密度校驗(yàn)碼，雖然提出的比較早，但是因?yàn)樵摼幋a大量的運(yùn)算和存儲(chǔ)量的要求，一直未得到充分發(fā)展，直到1996年LDPC又被重新進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)LDPC編碼是比Turbo碼更具有逼近農(nóng)限的優(yōu)異性能，且比Turbo碼更具有較低的錯(cuò)誤平層，其譯碼算法可采用并行結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，特別適合于高速寬帶通信中，其碼長(zhǎng)和碼率選擇都十分靈活，因此可以使用在深空通信、衛(wèi)星通信等方面。近些年來(lái)，隨著人們進(jìn)一步的研究和仿真，通過(guò)不同的算法和密度演進(jìn)理論，可以進(jìn)一步指導(dǎo)和改進(jìn)LDPC編碼的設(shè)計(jì)，同時(shí)工業(yè)界也已經(jīng)有LDPC編譯碼的芯片生產(chǎn)，使得被廣泛得到應(yīng)用，如2006年中國(guó)移動(dòng)通信多媒體技術(shù)中其信道傳輸就采用了LDPC編碼，軍用和民用的一些TDMA系統(tǒng)中就采用LDPC編碼，這樣使得在信噪比為3．6的前提下就可以滿足解調(diào)器的輸入要求，大大提高了設(shè)備的傳輸使用率。

四、結(jié)論

在衛(wèi)星通信領(lǐng)域的信道編碼技術(shù)正在發(fā)展和不斷應(yīng)用之中，舊的信道編解碼設(shè)備仍在使用，新的性能更好的技術(shù)也在不斷成熟中，本文介紹的Turbo碼和LDPC以其優(yōu)良的誤碼性能被廣泛使用在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，許多衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器中都提供了這兩種編碼，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，相信這兩種糾錯(cuò)編碼技術(shù)必將繼續(xù)發(fā)展，為數(shù)字通信社會(huì)發(fā)展起到關(guān)鍵作用。

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作者：張振權(quán) 徐燕紅 單位：69046部隊(duì)