衛(wèi)星廣播通信信道編碼技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

【摘要】 本文對(duì)衛(wèi)星廣播通信標(biāo)準(zhǔn)中所使用的幾種信道編碼技術(shù)進(jìn)行了討論與研究。首先簡(jiǎn)要介紹了信道編碼在衛(wèi)星廣播通信中的作用，然后對(duì)現(xiàn)有的兩種通信標(biāo)準(zhǔn)DVB-S與DVB-S2中所應(yīng)用的信道編碼技術(shù)進(jìn)行了研究，最后就衛(wèi)星廣播通信信道編碼技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】 衛(wèi)星廣播通信 信道編碼 發(fā)展趨勢(shì)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域廣泛，對(duì)用戶的接收條件要求較低，只要在衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)的區(qū)域即可實(shí)現(xiàn)對(duì)廣播信號(hào)的接收操作。但是在實(shí)際應(yīng)用中，衛(wèi)星廣播通信信道具有功率與帶寬有限，信道時(shí)延高，具有非線性與多徑衰落特性，受環(huán)境干擾較大等信道特性。為確保衛(wèi)星廣播信息能夠得到準(zhǔn)確可靠的傳輸，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行信道編碼。

一、現(xiàn)有衛(wèi)星廣播通信信道編碼技術(shù)

1.1 DVB-S衛(wèi)星廣播標(biāo)準(zhǔn)及其信道編碼技術(shù)

DVB-S通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在使用衛(wèi)星進(jìn)行廣播通信時(shí)，首先要對(duì)廣播信號(hào)進(jìn)行信源編碼，然后在將編碼后的數(shù)據(jù)分割為碼長為定長的傳輸流包，該數(shù)據(jù)包經(jīng)過信道編碼后即可經(jīng)由天線發(fā)射出去。DVB-S標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的信道編碼技術(shù)采用級(jí)聯(lián)編碼技術(shù)，編碼后信源需要經(jīng)過RS編碼、交織、卷積編碼、鑿孔等幾個(gè)步驟完成信道編碼工作。

首先，在級(jí)聯(lián)碼外碼中，188字節(jié)的傳輸流包首先按照（204，188）的方式進(jìn)行RS編碼轉(zhuǎn)換為字節(jié)長度為204的RS碼，經(jīng)過該處理后的碼元具有如下特性：一是性能可靠，是NASA推薦的RS編碼方式之一；二是與DVB-S標(biāo)準(zhǔn)相匹配。然后，為實(shí)現(xiàn)外碼與內(nèi)碼之間的連接，生成的RS碼需要進(jìn)行交織處理，交織后的數(shù)據(jù)包不僅不會(huì)影響衛(wèi)星廣播的同步機(jī)制，還能夠有效提升數(shù)據(jù)碼元的糾錯(cuò)能力。之后，在級(jí)聯(lián)碼內(nèi)碼中采用碼率為1/2，約束長度為7的卷積碼進(jìn)行信道編碼。實(shí)際應(yīng)用表明，QPSK信號(hào)經(jīng)過該卷積碼編碼后再經(jīng)過Viterbi譯碼后其在信噪比為5dB的信道環(huán)境中的誤碼率可降低至10-5量級(jí)。最后，對(duì)所得到的卷積碼進(jìn)行鑿孔處理可以獲得2/3、3/4、5/6和7/8等總共4中碼率。經(jīng)過該步驟處理后的卷積碼不僅具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率，其糾錯(cuò)能力也得到的一定程度的提升。

1.2 DVB-S2衛(wèi)星廣播標(biāo)準(zhǔn)及其信道編碼技術(shù)

DVB-S2衛(wèi)星廣播標(biāo)準(zhǔn)中的信源總共需要經(jīng)過模式適配、流適配、信道編碼、數(shù)字調(diào)制、物理層信號(hào)處理以及系帶成型與正交調(diào)制等幾個(gè)部分。該標(biāo)準(zhǔn)中，基帶數(shù)據(jù)被分為了兩種類型，分別為長幀數(shù)據(jù)與短幀數(shù)據(jù)。其中，長幀數(shù)據(jù)的碼長為64800bits，短幀數(shù)據(jù)的碼長為16200bits，長幀數(shù)據(jù)的長度是短幀數(shù)據(jù)長度的4倍。其中，長幀數(shù)據(jù)格式具有11中編碼速率，短幀數(shù)據(jù)格式具有10種編碼速率，每種編碼速率分別對(duì)應(yīng)一個(gè)BCH碼生成多項(xiàng)式與LDPC碼H矩陣。其中，外碼所使用的BCH編碼是一種標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)碼，其最大糾錯(cuò)能力為12。內(nèi)碼所使用的LDPC編碼是一種線性分組碼，其H矩陣由校驗(yàn)矩陣與信息矩陣構(gòu)成，具有非常大的隨機(jī)性，故其抗干擾能力非常強(qiáng)。但是H矩陣的隨機(jī)性也為編譯碼實(shí)現(xiàn)帶來了挑戰(zhàn)，為客服該困難，可以使用如下步驟進(jìn)行LDPC編碼：首先由輸入信息的比特矢量x與H矩陣中的信息子矩陣Hi計(jì)算得到中間變量x'p=x×HiT；然后求解出校驗(yàn)比特矢量xp（i）=∑x'p（i）mod2、經(jīng)過上述操作即可獲得LDPC編碼方式下的編碼碼字矢量c=xp， x。這種實(shí)現(xiàn)方式可以在保證編碼復(fù)雜度與碼長成線性關(guān)系的同時(shí)簡(jiǎn)化計(jì)算量。

二、衛(wèi)星廣播通信信道編碼技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析

一方面，LDPC信道編碼技術(shù)會(huì)逐漸成為衛(wèi)星廣播通信中的主流編碼技術(shù)之一，該技術(shù)不僅具有編碼實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)時(shí)延小等特點(diǎn)，還能夠在相同帶寬下實(shí)現(xiàn)更高速的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，因而是一種實(shí)用性較強(qiáng)的高速通信信道編碼技術(shù)。為進(jìn)一步提升LDPC編碼技術(shù)的靈活性，同時(shí)保證該信道編碼技術(shù)的物理可實(shí)現(xiàn)性，LDPC信道編碼技術(shù)可能遵從結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想逐步向循環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)展。

另一方面，Tubro碼編碼技術(shù)被證明是一種可達(dá)到香農(nóng)極限的信道編碼方式。目前已應(yīng)用的Turbo碼空間通信編碼技術(shù)已經(jīng)可以獲得最大下行速率4Mb/s的業(yè)務(wù)通信速率，其在信道信噪比為0.7dB時(shí)的誤碼率可以控制在10-7量級(jí)，非常具有應(yīng)用前景。但是其在應(yīng)用中面臨著譯碼算法復(fù)雜、算法復(fù)雜度高、延時(shí)相對(duì)較長等問題。

三、總結(jié)

縱觀衛(wèi)星廣播通信中信道編碼技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，其經(jīng)歷了RS與卷積碼級(jí)聯(lián)編碼、BCH編碼與LDPC編碼級(jí)聯(lián)編碼以及Turbo碼編碼等過程，可以看出，其發(fā)展的趨勢(shì)為更高編碼效率、更高輸出增益、更低計(jì)算復(fù)雜度以及更低信道延時(shí)。

參 考 文 獻(xiàn)

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