基于LabVIEW實(shí)現(xiàn)的高頻段衛(wèi)星級(jí)聯(lián)編碼的仿真

摘 要： 衛(wèi)星通信作為一種無線應(yīng)急通信手段原來越受到人們的重視，近年來隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展衛(wèi)星通信向小型化和高頻段方向不斷發(fā)展，工作于Ka頻段或者更高頻段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)逐步得到發(fā)展和逐步使用。在此通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)中不同級(jí)聯(lián)編碼在Ka頻段信道模型的基礎(chǔ)上，對(duì)幾種級(jí)聯(lián)編碼方式進(jìn)行了分析研究和LabVIEW仿真。通過仿真可以得出級(jí)聯(lián)碼系統(tǒng)在高頻段上可以獲得更低的誤碼率和更好的性能。

關(guān)鍵字： 衛(wèi)星級(jí)聯(lián)編碼； 高頻段通信； 衛(wèi)星通信； LabVIEW

中圖分類號(hào)： TN919.2?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）16?0105?02

隨著無線技術(shù)和空間技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信天生作為一種應(yīng)急通信手段被廣泛使用在各個(gè)通信領(lǐng)域中。但近年來，衛(wèi)星通信隨著衛(wèi)星頻率資源的短缺而面臨著很多矛盾，于是人們開始向更高頻段的Ka（20～30 GHz）方向進(jìn)行研究和發(fā)展， 工作于Ku頻段或者更高頻段Ka的衛(wèi)星通信系統(tǒng)逐步得到發(fā)展和逐步使用。在高頻段下衛(wèi)星通信設(shè)備可以小型化、智能化和數(shù)字化，但是在高頻段下信號(hào)受到雨衰、干擾等各種因素影響更加大，為了能保障信號(hào)的質(zhì)量和降低數(shù)字信號(hào)的誤碼率，因此就需要對(duì)數(shù)字信號(hào)的編碼方式進(jìn)行合理調(diào)整，從而提高對(duì)數(shù)字信號(hào)的糾錯(cuò)和檢錯(cuò)的能力，確保在高頻段下通信的正常進(jìn)行。然而在高頻段下衛(wèi)星通信如何選擇效率比較高的內(nèi)碼和糾錯(cuò)性能比較好的外碼是各個(gè)學(xué)者研究的焦點(diǎn)和需要關(guān)注的重點(diǎn)，而其性能的研究也得到了大家的廣泛關(guān)注[1]。LabVIEW軟件是NI公司研發(fā)的一套圖形編程語言，廣泛應(yīng)用在信號(hào)處理和數(shù)字建模中，特別是該軟件提供了大量的信道通信模型，用戶可以方便地通過這些信道模型的引用來仿真高頻段信號(hào)，因此本文通過對(duì)各系統(tǒng)性能的分析和比較，通過LabVIEW中提供的不同衛(wèi)星信道模型建模，分析了不同頻段中編碼的性能并進(jìn)行了比較，同時(shí)也對(duì)在Ka頻段中不同編碼方式的性能進(jìn)行了仿真。

1 仿真模型的建立

衛(wèi)星通信信道是一個(gè)遠(yuǎn)距離的衰減變化的無線信道，因此為了能保障數(shù)字信號(hào)能在整個(gè)信道的可靠傳輸，必須利用適合于衛(wèi)星信道傳輸?shù)臄?shù)字編碼技術(shù)。對(duì)于C波段和Ku波段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)有效抵抗信道衰落的措施之一就是采用前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)（FEC），國際組織對(duì)于該頻段的FEC標(biāo)準(zhǔn)也是采用了編碼增益高、譯碼器實(shí)現(xiàn)又不太復(fù)雜的級(jí)聯(lián)編碼方式，而且外碼均為RS碼，內(nèi)碼則分別采用卷積碼或者TCM方式，另外為了消除Viterbi譯碼器的突發(fā)錯(cuò)誤，兩者都采用了外交織器。適合于衛(wèi)星通信的不同方式的級(jí)聯(lián)碼編碼方式的的性能不同文章對(duì)其進(jìn)行了分析和仿真，與C和Ku頻段相比更高頻段的Ka衛(wèi)星通信中，大氣層將會(huì)引起信號(hào)的額外衰落，這些衰落不僅是頻率的函數(shù)，而且還是位置、仰角、季節(jié)的可行性函數(shù)[2]。為了比較衛(wèi)星系統(tǒng)不同編碼的性能，各種適合于衛(wèi)星信道的編碼方式都進(jìn)行了研究和仿真[3?4]。通過LabVIEW軟件中提供的不同信道模型來對(duì)這些級(jí)聯(lián)編碼進(jìn)行不同的仿真分析，其中內(nèi)交織器和解交織器用來仿真Ka頻段的性能，其余用來仿真C波段和Ku波段的性能。據(jù)此，可以建立采用級(jí)聯(lián)碼的不同頻段（Ka頻段采用內(nèi)外交織器圖1中虛線部分）衛(wèi)星通信系統(tǒng)模型框圖如圖1所示。

2 編碼的軟件仿真

對(duì)于高頻段的衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)在實(shí)際硬件仿真中往往需要構(gòu)建一個(gè)比較龐大的仿真環(huán)境，這需要一定的專業(yè)仿真器件，同時(shí)也需要模擬轉(zhuǎn)發(fā)器來實(shí)現(xiàn)其價(jià)格比較昂貴，因此許多科技人員通過MatLab等仿真語言進(jìn)行了一定的模擬仿真[4]，但對(duì)于整個(gè)不同信道的仿真軟件運(yùn)用的還不夠好，因此可以通過LabVIEW軟件來比較容易地構(gòu)建不同頻段的衛(wèi)星信道模型來進(jìn)行軟件仿真，這樣可以方便清楚地了解不同頻段下衛(wèi)星編碼的性能和特點(diǎn)。

2.1 LabVIEW中級(jí)聯(lián)編碼的構(gòu)建

研究和仿真不同級(jí)聯(lián)編碼方式的性能，就是要有合適的仿真模型和逼真的信道模型，而LabVIEW軟件中提供了比較多的通信系統(tǒng)模塊，特別是對(duì)于衛(wèi)星通信信道的仿真可以更加趨于實(shí)際化[5]。LabVIEW圖形化信號(hào)處理平臺(tái)由千余個(gè)信號(hào)處理、分析與數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)組成的信號(hào)處理與數(shù)學(xué)函數(shù)庫組成，包含小波變換、時(shí)頻分析、圖像處理、濾波器設(shè)計(jì)、聲音與振動(dòng)、系統(tǒng)辨識(shí)、RF分析等專業(yè)方法的工具包，可與NI硬件的無縫結(jié)合，使算法得到快速驗(yàn)證與部署[6]。 因此本文結(jié)合LabVIEW提供的不同信道模型對(duì)以下方式進(jìn)行了模擬仿真。圖2為引用軟件中的信道模型的一個(gè)典型步驟，用戶可以根據(jù)不同的信道來選擇，從而確保能在比較類似的環(huán)境中進(jìn)行仿真研究。

2.2 采用RS（255，233）外碼，內(nèi)碼為（2，1，7）在三個(gè)頻段下的性能仿真

衛(wèi)星信道中有很多因素影響數(shù)字信號(hào)的傳輸，具有一定的突發(fā)錯(cuò)誤，再加上衛(wèi)星信道的長時(shí)間延遲，因此對(duì)于糾正突發(fā)錯(cuò)誤要有很高的要求，因此為了能在衛(wèi)星通信中使用的編碼都應(yīng)該具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。根據(jù)這樣的特點(diǎn)，在LabVIEW中選擇RS為衛(wèi)星信道的外碼，內(nèi)碼采用卷積編碼的方式通過采用Ka頻段方式[7]的仿真和采用C波段及Ku波段的信道模型通過對(duì)比其誤碼性能圖如圖3所示。

從圖中可以清楚地看到，在相同Eb/N0的情況下，Ka波段的誤碼性能要明顯低于Ku波段和C波段，同時(shí)在無雨天的情況下在保持同樣的誤碼率的情況下，Ka波段比Ku波段的要低于3.5 dB的信號(hào)，這樣也就說明了在Ka波段情況下衛(wèi)星的天線尺寸可以做地更加小。

3 結(jié) 語

在高頻段下信號(hào)的性能和指標(biāo)都會(huì)受到頻率、幅度、相位等各種因素的影響，為了能進(jìn)一步說明在高頻段的性能本文通過對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中級(jí)聯(lián)編碼在不同頻段下的性能進(jìn)行了LabVIEW仿真，分析及仿真結(jié)果表明：在相同信噪比和同等級(jí)聯(lián)編碼情況下的情況下使用高頻段可以進(jìn)一步降低誤碼率提高系統(tǒng)的頻帶利用率，同時(shí)對(duì)與在Ka波段情況下采用內(nèi)分組交織器可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。同時(shí)通過單位不同頻段編碼效果的使用上來看，高頻段的設(shè)備使用效能更加明顯。

參考文獻(xiàn)

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