適于衛(wèi)星通信傳輸?shù)男滦托诺谰幋a技術(shù)研究

張振權(quán) 徐燕紅

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，達到傳送的完整性和準確性起到關(guān)鍵作用，特別是衛(wèi)星信道是一種無線隨機信道，在相同誤碼率情況下降低信噪比對提高衛(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，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)給科研工作者帶來了新的研究課題，信道編碼技術(shù)可以有效對信道傳輸中的誤碼進行糾錯和檢錯，不同的編碼類型可以在相同誤碼率的情況下大大降低對信噪比的要求，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，如Turbo碼，LDPC等新型編碼技術(shù)在國際和區(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。本文就重點對兩種新型的適用于衛(wèi)星信道傳輸?shù)男诺谰幋a技術(shù)的技術(shù)特性和在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用進行了研究和分析。

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)濟地傳輸，最常見的應(yīng)用形式就是壓縮。相對地，信道編碼是為了對抗信道中的噪音和衰減，通過增加冗余，如校驗碼等，來提高抗干擾能力以及糾錯能力。根據(jù)山農(nóng)公式，對于一個無記憶的信道，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，通過適當(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)因為編碼結(jié)構(gòu)簡單，性能超過了Turbo碼，被廣泛使用在TDMA系統(tǒng)中。目前，在國際性通信系統(tǒng)中Turbo碼和LDPC的信道糾錯編碼技技術(shù)被廣泛使用，而且許多國外衛(wèi)星運營商和業(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，它是一種并行級聯(lián)卷積碼。Turbo碼將分量碼和隨機交織器巧妙結(jié)合起來，采用并行級聯(lián)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了隨機編碼的思想，采用軟輸入軟輸出的迭代譯碼方法，達到了接近香農(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，譯碼性能也會隨著交織長度增加而提高。影響譯碼性能的因素很多，如卷積碼的約束長度、生成多項式以及生成多項式的順序等，所以，在實際中具有種類不同的分量碼構(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，實現(xiàn)隨機編碼。根據(jù)香農(nóng)理論，碼長越長，編碼增益越大。所以交織器的長度越長，Turbo碼的碼長越長，性能越好。另外，交織器的交織規(guī)則也是影響因素。最簡單的交織器即行列交織器，數(shù)據(jù)按行寫入，按列讀出。在選用交織器時需要根據(jù)交織器長度、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 編碼是被稱為低密度校驗碼，雖然提出的比較早，但是因為該編碼大量的運算和存儲量的要求，一直未得到充分發(fā)展，直到1996年LDPC又被重新進行了研究，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碼更具有較低的錯誤平層，其譯碼算法可采用并行結(jié)構(gòu)進行實現(xiàn)，特別適合于高速寬帶通信中，其碼長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，隨著人們進一步的研究和仿真，通過不同的算法和密度演進理論，可以進一步指導(dǎo)和改進LDPC編碼的設(shè)計，同時工業(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年中國移動通信多媒體技術(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)的進一步發(fā)展，相信這兩種糾錯編碼技術(shù)必將繼續(xù)發(fā)展，為數(shù)字通信社會發(fā)展起到關(guān)鍵作用。

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