信道編碼技術(shù)在衛(wèi)星通信中的重要應(yīng)用研究

陳曦原

（國防科技大學(xué)，長沙 410000）

1 引言

衛(wèi)星通信在航空、數(shù)字電視與廣播等信號傳輸?shù)确矫婢哂袕V泛應(yīng)用價值，能夠為區(qū)域內(nèi)之間相互溝通交流提供支持。隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展，衛(wèi)星通信信道傳輸距離逐漸擴大，信號傳輸中存在的干擾因素也越來越多。衛(wèi)星通信屬于高斯白噪聲信道，信號傳輸過程中常會出現(xiàn)突發(fā)性錯誤或者隨機性錯誤。當(dāng)衛(wèi)星通信傳輸功率受到限制時，便會對衛(wèi)星通信系統(tǒng)正常工作造成不良影響。因此，需要采用信道編碼技術(shù)進(jìn)行錯誤糾錯，盡量減少錯誤發(fā)生情況。信道編碼技術(shù)能夠?qū)⑿l(wèi)星通信中存在的噪聲與干擾等問題解決掉，為信道傳輸穩(wěn)定性提供技術(shù)保障。其中級聯(lián)碼信道編碼技術(shù)能夠處理譯碼難度和長碼之間存在的矛盾，從而提升衛(wèi)星通信信道傳輸效率與可靠性。在信道編碼技術(shù)逐漸完善過程中，編碼碼型也在不斷變化，這對衛(wèi)星通信系統(tǒng)完善具有一定推動作用。

圖1 數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)模型

2 信道編碼技術(shù)

信道編碼技術(shù)是具有良好的糾錯能力，能夠?qū)πl(wèi)星通信信號進(jìn)行編碼處理，從而提升信息傳輸穩(wěn)定性，降低外界因素干擾。級聯(lián)編碼技術(shù)是信道編碼技術(shù)中的一部分，能夠有效降低譯碼器計算量，從而得到等效長碼性能。在干擾比嚴(yán)重組合信道應(yīng)用方面，級聯(lián)碼外碼能夠解決大多數(shù)突發(fā)錯誤問題，內(nèi)碼能夠處理隨機錯誤。級聯(lián)碼源于國外，相關(guān)研究者認(rèn)為這種信道編碼技術(shù)能夠解決譯碼器復(fù)雜性問題，從而獲得良好糾錯性能。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)用方面，衛(wèi)星信道噪聲干擾相對較大，需要通過級聯(lián)碼進(jìn)行糾錯處理。在信道編碼技術(shù)應(yīng)用過程中，操作人員需要將交織器放入內(nèi)外編碼器間，從而提升衛(wèi)星信道抗干擾性能。在信道編碼技術(shù)應(yīng)用過程中，外碼多使用線性分組碼，這種信道編碼突發(fā)錯誤糾正能力很強。通過線性分組碼將信息序列成分信息組，形成線性關(guān)系，通過監(jiān)督碼元了解外編碼信息冗余度變化情況。最小距離、漢明重量與編碼效率等都是線性分組碼中的重要參數(shù)，對信道編碼糾錯能力具有一定影響[1]。在錯誤信息糾錯方面，隨機錯誤糾正容易，突發(fā)錯誤量大，具有一定持續(xù)性，容易增加信道編碼技術(shù)糾錯難度。因此，需要通過交織技術(shù)盡量減少錯誤之間相關(guān)性，從而降低糾錯難度。在信道編碼技術(shù)應(yīng)用方面，內(nèi)碼多采用卷積碼，這種信道編碼能夠充分利用各組信息相關(guān)性，從已有碼組之中獲取相關(guān)價值信息。與分組碼相比，卷積碼在同等復(fù)雜程度與編碼效率下的錯誤糾正能力更強。

3 衛(wèi)星廣播通信中應(yīng)用

在衛(wèi)星廣播通信應(yīng)用方面，需要對廣播信號進(jìn)行編碼，并對信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分割處理，通過信道編碼技術(shù)編碼之后方可發(fā)射。在DVB-S衛(wèi)星廣播通信方面，需要使用級聯(lián)編碼技術(shù)進(jìn)行編碼處理，信道編碼工作需要經(jīng)過鑿孔、較之與卷積編碼等步驟方可完成。在級聯(lián)編碼技術(shù)應(yīng)用方面，需要通過（204，188）方式將里所碼轉(zhuǎn)變?yōu)镽S碼，這種碼元性能比較可靠，能夠達(dá)到衛(wèi)星廣播通信標(biāo)準(zhǔn)。操作人員需要交織處理RS碼，經(jīng)處理之后的數(shù)據(jù)包能夠提高信道編碼技術(shù)糾錯能力，促進(jìn)內(nèi)外碼相連。其中級聯(lián)碼內(nèi)碼碼率設(shè)置為50%，通過信道編碼技術(shù)對卷積碼進(jìn)行編碼處理。相關(guān)實踐研究結(jié)果顯示，信道編碼技術(shù)能夠有效降低卷積碼誤碼率。在卷積碼鑿孔處理過程中，操作人員可以得到4種碼率，卷積碼傳輸效果與糾錯能力顯著提高。在衛(wèi)星廣播通信信道編碼技術(shù)應(yīng)用過程中，每種編碼速率都會存在對應(yīng)的線性分組碼H矩陣。外碼糾錯能力能夠達(dá)到12，內(nèi)碼對應(yīng)的H矩陣隨機性較大，具有很強的抗干擾能力。雖然H矩陣編譯碼難度相對較大，但卻可以通過線性分組碼編碼方式對計算量進(jìn)行簡化處理[2]。線性分組碼信道編碼技術(shù)在衛(wèi)星廣播通信中具有較高應(yīng)用價值，是未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的一種主流編碼技術(shù)。這種信道編碼技術(shù)能夠?qū)幋a過程進(jìn)行簡化，提高數(shù)據(jù)傳輸速度，具有較強的實用性。

4 數(shù)字廣播電視衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)應(yīng)用

在數(shù)字廣播電視衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)應(yīng)用方面，雖然信道編碼技術(shù)具有一定應(yīng)用價值，但數(shù)據(jù)率容易受到四相移鍵控調(diào)制技術(shù)限制。因此，在信道編碼技術(shù)應(yīng)用過程中，需要對數(shù)據(jù)傳輸效率進(jìn)行調(diào)整，從而滿足數(shù)字廣播電視衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)業(yè)務(wù)發(fā)展需求。級聯(lián)信道編碼技術(shù)在數(shù)字廣播電視衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)中具有較高應(yīng)用價值，能夠有效降低解調(diào)門限。在具體應(yīng)用方面，多采用低密度奇偶校驗碼與BCH碼進(jìn)行信道編碼處理。其中低密度奇偶校驗碼能夠解決計算量過多問題，從而達(dá)到長碼糾錯性能；BCH碼在隨機錯誤糾正方面具有一定應(yīng)用價值。在先進(jìn)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)應(yīng)用過程中，需要采用低密度校驗碼進(jìn)行信道編碼處理。

5 民用航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)用

民用航空衛(wèi)星系統(tǒng)是衛(wèi)星通信中的一部分，主要通過無線電語音實現(xiàn)通信目標(biāo)。在民用航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用過程中，不可避免的會因為多普勒頻移、自由空間損耗與噪聲等而受到干擾，導(dǎo)致信號發(fā)生畸變。而信道編碼技術(shù)糾錯能力較強，能夠有效降低民用航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信號誤碼率。Turbo碼在民用航空衛(wèi)星系統(tǒng)中具有較高應(yīng)用價值，這種編譯碼是一種并行級聯(lián)卷積碼，可以利用交織器并行級聯(lián)分量碼編碼器。在并行級聯(lián)卷積碼信道編碼技術(shù)應(yīng)用方面，技術(shù)人員可以通過分量碼迭代譯碼串聯(lián)分量譯碼器進(jìn)行譯碼處理。在多次迭代譯碼處理之后，分量譯碼器輸出外信息數(shù)據(jù)將會逐漸穩(wěn)定，從而獲得全局最優(yōu)譯碼。在低密度校驗碼信道編碼技術(shù)應(yīng)用方面，技術(shù)人員需要通過隨機發(fā)進(jìn)行校驗矩陣建設(shè)，通過迭代譯碼處理是低密度校驗碼逐漸逼近信道容量。在具體操作方面，技術(shù)人員可以利用后驗概率譯碼、大數(shù)邏輯譯碼與比特翻轉(zhuǎn)譯碼等多種手段進(jìn)行譯碼處理，從而獲得最佳誤碼率性能。相對于以往編碼方法而言，低密度校驗碼信道編碼技術(shù)性能更加優(yōu)越，在長碼方面展現(xiàn)出來的性能明顯優(yōu)于并行級聯(lián)卷積碼信道編碼技術(shù)。