基于GSM-R列控系統(tǒng)信息安全傳輸?shù)难芯?/h1>
2014-11-29 08:40:42王長(zhǎng)林
鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用 2014年9期 關(guān)鍵詞：信息
楊 花，王長(zhǎng)林
（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610031）
CTCS3級(jí)列車(chē)控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱）列控系統(tǒng)，是基于無(wú)線通信的方式實(shí)現(xiàn)車(chē)地之間雙向、大容量的信息傳輸，包括調(diào)度中心發(fā)出的調(diào)度信息、列車(chē)控制信息和線路數(shù)據(jù)信息、橋隧信息及環(huán)境信息、列車(chē)的位置、速度、狀態(tài)等，GSM-R無(wú)線通信系統(tǒng)已成為CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)的核心。然而從安全的角度來(lái)講，GSM-R系統(tǒng)本身是一個(gè)開(kāi)放式傳輸系統(tǒng)，是非安全系統(tǒng)，隨時(shí)可能遭受外部信息的入侵，如何保證系統(tǒng)的信息傳輸安全可靠是值得研究的問(wèn)題。
GSM-R系統(tǒng)中無(wú)線信道信息安全傳輸至關(guān)重要，而無(wú)線信道中采用的編譯碼算法影響著信息傳輸?shù)陌踩阅堋urbo碼具有其他糾檢錯(cuò)碼無(wú)可比擬的糾錯(cuò)性能，尤其是對(duì)于無(wú)線信道中的突發(fā)噪聲，因?yàn)橥话l(fā)噪聲會(huì)使突發(fā)錯(cuò)誤集中出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響列車(chē)的運(yùn)行安全和準(zhǔn)點(diǎn)性。因此，本文以CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)信息安全傳輸問(wèn)題為研究對(duì)象，進(jìn)行基于Turbo碼技術(shù)的無(wú)線信道信息安全傳輸研究，設(shè)計(jì)了一種安全的信息傳輸控制方案，并分別采用SOVA譯碼算法、Max-Log-MAP譯碼算法以及Log-MAP譯碼算法進(jìn)行了仿真與分析。
1 GSM-R系統(tǒng)信道編碼技術(shù)
GSM-R系統(tǒng)采用了級(jí)聯(lián)編碼，包括了內(nèi)碼和外碼兩種不同的信道編碼，通過(guò)級(jí)聯(lián)編碼后采用交織技術(shù)將突發(fā)錯(cuò)誤隨機(jī)化，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。GSM-R系統(tǒng)的編碼方案如表1所示。
2 基于Turbo碼的CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)無(wú)線信道信息安全傳輸方案
2.1 Turbo技術(shù)
Turbo碼的設(shè)計(jì)原則主要包括3個(gè)方面：（1）加入了隨機(jī)交織器，使得編碼器輸出的碼字獲得了近似隨機(jī)的特性，從而實(shí)現(xiàn)隨機(jī)編碼；（2）分量編碼器之間通過(guò)隨機(jī)交織器并行級(jí)聯(lián)在一起，這主要是為了實(shí)現(xiàn)使分量編碼器輸出的短碼字構(gòu)成Turbo碼的長(zhǎng)碼字；（3）譯碼器結(jié)構(gòu)中的分量譯碼器采用基于最大后驗(yàn)概率譯碼算法的迭代譯碼方式進(jìn)行譯碼，使得譯碼性能能夠最大限度的接近最大似然算法譯碼性能的效果。Turbo碼巧妙運(yùn)用了Shannon證明信道編碼定理的3個(gè)基本條件，使得其獲得了接近Shannon理論極限的譯碼性能。因此，在考慮可以接受譯碼算法復(fù)雜度和時(shí)延的情況下，Turbo碼完全能夠?yàn)椴煌蓴_環(huán)境下的通信系統(tǒng)，提供幾乎與Shannon 理論極限相接近的通信質(zhì)量。
表1 GSM-R系統(tǒng)的編碼方案
（1）Turbo碼編碼器
Turbo碼的編碼器由分量編碼器、交織器、刪余矩陣和復(fù)用器4個(gè)部分組成，如圖2所示。分量編碼器編碼一般選擇為遞歸系統(tǒng)卷積碼，當(dāng)然也可以是分組碼、非遞歸卷積碼或非系統(tǒng)卷積碼。通常兩個(gè)分量碼采用相同的生成矩陣，當(dāng)然，分量碼也可以是不同的。
在編碼過(guò)程中，輸入長(zhǎng)度為N的信息序列u={u1, u2,…,uN}在送入分量編碼器1的同時(shí)作為系統(tǒng)輸出{Ssk}直接送到復(fù)接器，同時(shí)信息序列u={u1, u2,…,uN}經(jīng)過(guò)一個(gè)N位交織器，生成一個(gè)新的交織{um}序列被送入分量編碼器2，兩個(gè)分量編碼器分別生成校驗(yàn)序列1，為了提高碼率，將兩個(gè)校驗(yàn)序列經(jīng)過(guò)刪余矩陣，從而刪除部分校驗(yàn)位，一般采用的是奇偶刪余法。比如刪除校驗(yàn)序列1中偶數(shù)位置的校驗(yàn)比特和校驗(yàn)序列2中奇數(shù)位置的校驗(yàn)比特，其校驗(yàn)矩陣，生成校驗(yàn)序列{xpk}。最后校驗(yàn)序列與系統(tǒng)輸出復(fù)接后得到Turbo碼碼字序列c。
（2）Turbo碼譯碼器
Turbo 碼的譯碼器是由兩個(gè)與分量編碼器對(duì)應(yīng)的分量譯碼器和交織器、解交織器組成的，將一個(gè)分量譯碼器的軟輸出信息作為另一個(gè)分量譯碼器的輸入，為了得到更好的譯碼性能，將此過(guò)程迭代。
圖2 Turbo碼的編碼結(jié)構(gòu)
在Turbo碼譯碼結(jié)構(gòu)中，分量譯碼器同時(shí)并行地進(jìn)行譯碼操作，每個(gè)分量譯碼器的輸入為系統(tǒng)信息序列和與其相對(duì)應(yīng)的分量編碼器輸出校驗(yàn)序列經(jīng)過(guò)信道傳輸后的接收序列，以及從另一個(gè)分量編碼器生成交織/解交織后的對(duì)數(shù)似然比值得到的外部先驗(yàn)信息。結(jié)構(gòu)中的交織器與編碼器中的交織器相同，解交織器是與交織器相對(duì)應(yīng)的。Turbo碼譯碼器結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
圖3 Turbo碼的譯碼結(jié)構(gòu)
其迭代譯碼原理：
對(duì)于第k個(gè)被譯比特，分量譯碼器1對(duì)接收到的先驗(yàn)信息和與其對(duì)應(yīng)的分量編碼器1生成的校驗(yàn)序列1進(jìn)行最佳譯碼，譯碼后輸出外部似然信息，通過(guò)交織器后的對(duì)數(shù)似然比值作為分量譯碼器2的先驗(yàn)信息，同時(shí)分量編碼器2接收系統(tǒng)信息序列和與其對(duì)應(yīng)的分量編碼器2生成的校驗(yàn)序列2進(jìn)行最佳譯碼，譯碼后同樣輸出外部似然信息，經(jīng)過(guò)解交織器后的對(duì)數(shù)似然比值作為下一次迭代需要的分量譯碼器1的先驗(yàn)信息。隨著迭代次數(shù)的增加，分量譯碼器得到的外部似然信息對(duì)提高譯碼性能的作用會(huì)越來(lái)越小，達(dá)到一定的迭代次數(shù)后，譯碼性能將不再提高，這時(shí)就根據(jù)分量譯碼器2輸出外部似然信息經(jīng)過(guò)解交織后的對(duì)數(shù)似然比值進(jìn)行硬判決，得到譯碼碼字。
2.2 基于Turbo碼的CBTC列控系統(tǒng)無(wú)線信道信息安全傳輸方案
高速列車(chē)運(yùn)行控制信息的無(wú)線傳輸需要具備以下條件：
（1）數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃孕枰笙喈?dāng)高。要求系統(tǒng)傳輸誤碼率達(dá)到10-5～10-6，平均的無(wú)故障時(shí)間>106 h；
（2）能夠滿足列車(chē)運(yùn)行控制所需信息吞吐量和實(shí)時(shí)性要求；
（3）必須采用遵循故障—安全原則的傳輸方式。
對(duì)于基于無(wú)線通信的列控系統(tǒng)，在傳輸控制信息時(shí)，傳輸?shù)陌踩煽啃允鞘紫刃枰紤]的問(wèn)題，為了滿足系統(tǒng)要求，需要采用分集接收技術(shù)、擴(kuò)頻技術(shù)、編碼技術(shù)、優(yōu)化調(diào)制解調(diào)體制、差錯(cuò)控制技術(shù)、自適應(yīng)均衡技術(shù)等技術(shù)手段或措施來(lái)降低由于信號(hào)衰落、干擾對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量造成的影響。但是過(guò)多的采用這些技術(shù)必然會(huì)占用大量信息位和造成過(guò)大的時(shí)延，這顯然對(duì)列控系統(tǒng)的傳輸效率以及實(shí)時(shí)性會(huì)有很大的影響。
根據(jù)上文的分析與研究，設(shè)計(jì)了如圖4所示的改進(jìn)的信息安全傳輸方案。
列車(chē)控制數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸時(shí)，其信息編碼方式采用短信息結(jié)構(gòu)和前向糾錯(cuò)控制方式為主、選擇重發(fā)為輔的差錯(cuò)控制方式。在該方案中GSM-R系統(tǒng)中的無(wú)線信道中采用了Turbo碼的編譯碼方式，因?yàn)門(mén)urbo碼具有接近香農(nóng)限的優(yōu)越性能，尤其是對(duì)于信道中的突發(fā)噪聲，有很好的糾錯(cuò)性能。
圖4 GSM-R系統(tǒng)信息安全傳輸方案
3 仿真與分析
為了驗(yàn)證本文所改進(jìn)的GSM-R系統(tǒng)安全信息傳輸方案的有效性，采用幾種不同的譯碼算法來(lái)進(jìn)行仿真測(cè)試，并對(duì)SOVA、Max-Log-Map和Log-MAP算法的性能進(jìn)行了比較與分析。
本文方案中的Turbo碼性能仿真所采用的譯碼算法分別是SOVA、Max-Log-Map和Log-MAP，仿真結(jié)果如圖5、圖6和圖7所示。
圖5 3種算法一次迭代性能比較
圖6 3種算法4次迭代性能比較
圖7 Log-MAP算法1/4次迭代性能比較
圖6為SOVA、Max-Log-MAP和Log-MAP譯碼算法1次迭代后對(duì)誤比特率的影響。由圖6可知在一次迭代的情況下，Log-MAP算法性能總體來(lái)看最優(yōu)，SOVA算法在小于1.4 dB信噪比的情況下優(yōu)于Max-Log-MAP算法。當(dāng)信噪比大于1.4 dB時(shí)，Max-Log-MAP算法的誤比率小于SOVA算法。
SOVA、Max-Log-MAP和Log-MAP譯碼算法4次迭代后的誤比特率比較圖如圖7所示。當(dāng)信噪比在1.4 dB ～1.8 dB時(shí)，Max-Log-MAP算法性能優(yōu)于Log-MAP算法的。但對(duì)于高信噪比，Log-MAP算法性能最優(yōu)。
Log-MAP譯碼算法中迭代次數(shù)對(duì)譯碼性能的影響見(jiàn)圖8。在一定范圍內(nèi)增加迭代次數(shù)可以有效的降低誤比特率，提高譯碼性能。
因?yàn)槟壳癎SM-R系統(tǒng)的誤碼率為10-3左右，所以根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，本文所設(shè)計(jì)方案中采取的Turbo碼技術(shù)可以降低無(wú)線信道中誤比特率，滿足列控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅岣呦到y(tǒng)的可靠性。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)中信息安全傳輸問(wèn)題，提出基于Turbo碼技術(shù)的安全信息傳輸控制方案，在Matlab仿真環(huán)境中分別采用幾種不同的譯碼算法進(jìn)行了仿真測(cè)試與分析研究。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的基于Turbo碼的安全信息傳輸方案的合理有效性。因此，在CTCS3列控系統(tǒng)安全信息傳輸中采用Turbo碼代替卷積碼進(jìn)行糾錯(cuò)信道編碼，可降低無(wú)線信道中誤比特率，提高系統(tǒng)的可靠性。
[1]劉東華.Turbo碼設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.
[2]趙海濱. MATLAB實(shí)用教程大全[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.
[3]李莎莎.高速鐵路LTE系統(tǒng)可靠傳輸鏈路研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2013.
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楊 花，王長(zhǎng)林
（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610031）
CTCS3級(jí)列車(chē)控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱）列控系統(tǒng)，是基于無(wú)線通信的方式實(shí)現(xiàn)車(chē)地之間雙向、大容量的信息傳輸，包括調(diào)度中心發(fā)出的調(diào)度信息、列車(chē)控制信息和線路數(shù)據(jù)信息、橋隧信息及環(huán)境信息、列車(chē)的位置、速度、狀態(tài)等，GSM-R無(wú)線通信系統(tǒng)已成為CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)的核心。然而從安全的角度來(lái)講，GSM-R系統(tǒng)本身是一個(gè)開(kāi)放式傳輸系統(tǒng)，是非安全系統(tǒng)，隨時(shí)可能遭受外部信息的入侵，如何保證系統(tǒng)的信息傳輸安全可靠是值得研究的問(wèn)題。
GSM-R系統(tǒng)中無(wú)線信道信息安全傳輸至關(guān)重要，而無(wú)線信道中采用的編譯碼算法影響著信息傳輸?shù)陌踩阅堋urbo碼具有其他糾檢錯(cuò)碼無(wú)可比擬的糾錯(cuò)性能，尤其是對(duì)于無(wú)線信道中的突發(fā)噪聲，因?yàn)橥话l(fā)噪聲會(huì)使突發(fā)錯(cuò)誤集中出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響列車(chē)的運(yùn)行安全和準(zhǔn)點(diǎn)性。因此，本文以CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)信息安全傳輸問(wèn)題為研究對(duì)象，進(jìn)行基于Turbo碼技術(shù)的無(wú)線信道信息安全傳輸研究，設(shè)計(jì)了一種安全的信息傳輸控制方案，并分別采用SOVA譯碼算法、Max-Log-MAP譯碼算法以及Log-MAP譯碼算法進(jìn)行了仿真與分析。
1 GSM-R系統(tǒng)信道編碼技術(shù)
GSM-R系統(tǒng)采用了級(jí)聯(lián)編碼，包括了內(nèi)碼和外碼兩種不同的信道編碼，通過(guò)級(jí)聯(lián)編碼后采用交織技術(shù)將突發(fā)錯(cuò)誤隨機(jī)化，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。GSM-R系統(tǒng)的編碼方案如表1所示。
2 基于Turbo碼的CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)無(wú)線信道信息安全傳輸方案
2.1 Turbo技術(shù)
Turbo碼的設(shè)計(jì)原則主要包括3個(gè)方面：（1）加入了隨機(jī)交織器，使得編碼器輸出的碼字獲得了近似隨機(jī)的特性，從而實(shí)現(xiàn)隨機(jī)編碼；（2）分量編碼器之間通過(guò)隨機(jī)交織器并行級(jí)聯(lián)在一起，這主要是為了實(shí)現(xiàn)使分量編碼器輸出的短碼字構(gòu)成Turbo碼的長(zhǎng)碼字；（3）譯碼器結(jié)構(gòu)中的分量譯碼器采用基于最大后驗(yàn)概率譯碼算法的迭代譯碼方式進(jìn)行譯碼，使得譯碼性能能夠最大限度的接近最大似然算法譯碼性能的效果。Turbo碼巧妙運(yùn)用了Shannon證明信道編碼定理的3個(gè)基本條件，使得其獲得了接近Shannon理論極限的譯碼性能。因此，在考慮可以接受譯碼算法復(fù)雜度和時(shí)延的情況下，Turbo碼完全能夠?yàn)椴煌蓴_環(huán)境下的通信系統(tǒng)，提供幾乎與Shannon 理論極限相接近的通信質(zhì)量。
表1 GSM-R系統(tǒng)的編碼方案
（1）Turbo碼編碼器
Turbo碼的編碼器由分量編碼器、交織器、刪余矩陣和復(fù)用器4個(gè)部分組成，如圖2所示。分量編碼器編碼一般選擇為遞歸系統(tǒng)卷積碼，當(dāng)然也可以是分組碼、非遞歸卷積碼或非系統(tǒng)卷積碼。通常兩個(gè)分量碼采用相同的生成矩陣，當(dāng)然，分量碼也可以是不同的。
在編碼過(guò)程中，輸入長(zhǎng)度為N的信息序列u={u1, u2,…,uN}在送入分量編碼器1的同時(shí)作為系統(tǒng)輸出{Ssk}直接送到復(fù)接器，同時(shí)信息序列u={u1, u2,…,uN}經(jīng)過(guò)一個(gè)N位交織器，生成一個(gè)新的交織{um}序列被送入分量編碼器2，兩個(gè)分量編碼器分別生成校驗(yàn)序列1，為了提高碼率，將兩個(gè)校驗(yàn)序列經(jīng)過(guò)刪余矩陣，從而刪除部分校驗(yàn)位，一般采用的是奇偶刪余法。比如刪除校驗(yàn)序列1中偶數(shù)位置的校驗(yàn)比特和校驗(yàn)序列2中奇數(shù)位置的校驗(yàn)比特，其校驗(yàn)矩陣，生成校驗(yàn)序列{xpk}。最后校驗(yàn)序列與系統(tǒng)輸出復(fù)接后得到Turbo碼碼字序列c。
（2）Turbo碼譯碼器
Turbo 碼的譯碼器是由兩個(gè)與分量編碼器對(duì)應(yīng)的分量譯碼器和交織器、解交織器組成的，將一個(gè)分量譯碼器的軟輸出信息作為另一個(gè)分量譯碼器的輸入，為了得到更好的譯碼性能，將此過(guò)程迭代。
圖2 Turbo碼的編碼結(jié)構(gòu)
在Turbo碼譯碼結(jié)構(gòu)中，分量譯碼器同時(shí)并行地進(jìn)行譯碼操作，每個(gè)分量譯碼器的輸入為系統(tǒng)信息序列和與其相對(duì)應(yīng)的分量編碼器輸出校驗(yàn)序列經(jīng)過(guò)信道傳輸后的接收序列，以及從另一個(gè)分量編碼器生成交織/解交織后的對(duì)數(shù)似然比值得到的外部先驗(yàn)信息。結(jié)構(gòu)中的交織器與編碼器中的交織器相同，解交織器是與交織器相對(duì)應(yīng)的。Turbo碼譯碼器結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
圖3 Turbo碼的譯碼結(jié)構(gòu)
其迭代譯碼原理：
對(duì)于第k個(gè)被譯比特，分量譯碼器1對(duì)接收到的先驗(yàn)信息和與其對(duì)應(yīng)的分量編碼器1生成的校驗(yàn)序列1進(jìn)行最佳譯碼，譯碼后輸出外部似然信息，通過(guò)交織器后的對(duì)數(shù)似然比值作為分量譯碼器2的先驗(yàn)信息，同時(shí)分量編碼器2接收系統(tǒng)信息序列和與其對(duì)應(yīng)的分量編碼器2生成的校驗(yàn)序列2進(jìn)行最佳譯碼，譯碼后同樣輸出外部似然信息，經(jīng)過(guò)解交織器后的對(duì)數(shù)似然比值作為下一次迭代需要的分量譯碼器1的先驗(yàn)信息。隨著迭代次數(shù)的增加，分量譯碼器得到的外部似然信息對(duì)提高譯碼性能的作用會(huì)越來(lái)越小，達(dá)到一定的迭代次數(shù)后，譯碼性能將不再提高，這時(shí)就根據(jù)分量譯碼器2輸出外部似然信息經(jīng)過(guò)解交織后的對(duì)數(shù)似然比值進(jìn)行硬判決，得到譯碼碼字。
2.2 基于Turbo碼的CBTC列控系統(tǒng)無(wú)線信道信息安全傳輸方案
高速列車(chē)運(yùn)行控制信息的無(wú)線傳輸需要具備以下條件：
（1）數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃孕枰笙喈?dāng)高。要求系統(tǒng)傳輸誤碼率達(dá)到10-5～10-6，平均的無(wú)故障時(shí)間>106 h；
（2）能夠滿足列車(chē)運(yùn)行控制所需信息吞吐量和實(shí)時(shí)性要求；
（3）必須采用遵循故障—安全原則的傳輸方式。
對(duì)于基于無(wú)線通信的列控系統(tǒng)，在傳輸控制信息時(shí)，傳輸?shù)陌踩煽啃允鞘紫刃枰紤]的問(wèn)題，為了滿足系統(tǒng)要求，需要采用分集接收技術(shù)、擴(kuò)頻技術(shù)、編碼技術(shù)、優(yōu)化調(diào)制解調(diào)體制、差錯(cuò)控制技術(shù)、自適應(yīng)均衡技術(shù)等技術(shù)手段或措施來(lái)降低由于信號(hào)衰落、干擾對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量造成的影響。但是過(guò)多的采用這些技術(shù)必然會(huì)占用大量信息位和造成過(guò)大的時(shí)延，這顯然對(duì)列控系統(tǒng)的傳輸效率以及實(shí)時(shí)性會(huì)有很大的影響。
根據(jù)上文的分析與研究，設(shè)計(jì)了如圖4所示的改進(jìn)的信息安全傳輸方案。
列車(chē)控制數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸時(shí)，其信息編碼方式采用短信息結(jié)構(gòu)和前向糾錯(cuò)控制方式為主、選擇重發(fā)為輔的差錯(cuò)控制方式。在該方案中GSM-R系統(tǒng)中的無(wú)線信道中采用了Turbo碼的編譯碼方式，因?yàn)門(mén)urbo碼具有接近香農(nóng)限的優(yōu)越性能，尤其是對(duì)于信道中的突發(fā)噪聲，有很好的糾錯(cuò)性能。
圖4 GSM-R系統(tǒng)信息安全傳輸方案
3 仿真與分析
為了驗(yàn)證本文所改進(jìn)的GSM-R系統(tǒng)安全信息傳輸方案的有效性，采用幾種不同的譯碼算法來(lái)進(jìn)行仿真測(cè)試，并對(duì)SOVA、Max-Log-Map和Log-MAP算法的性能進(jìn)行了比較與分析。
本文方案中的Turbo碼性能仿真所采用的譯碼算法分別是SOVA、Max-Log-Map和Log-MAP，仿真結(jié)果如圖5、圖6和圖7所示。
圖5 3種算法一次迭代性能比較
圖6 3種算法4次迭代性能比較
圖7 Log-MAP算法1/4次迭代性能比較
圖6為SOVA、Max-Log-MAP和Log-MAP譯碼算法1次迭代后對(duì)誤比特率的影響。由圖6可知在一次迭代的情況下，Log-MAP算法性能總體來(lái)看最優(yōu)，SOVA算法在小于1.4 dB信噪比的情況下優(yōu)于Max-Log-MAP算法。當(dāng)信噪比大于1.4 dB時(shí)，Max-Log-MAP算法的誤比率小于SOVA算法。
SOVA、Max-Log-MAP和Log-MAP譯碼算法4次迭代后的誤比特率比較圖如圖7所示。當(dāng)信噪比在1.4 dB ～1.8 dB時(shí)，Max-Log-MAP算法性能優(yōu)于Log-MAP算法的。但對(duì)于高信噪比，Log-MAP算法性能最優(yōu)。
Log-MAP譯碼算法中迭代次數(shù)對(duì)譯碼性能的影響見(jiàn)圖8。在一定范圍內(nèi)增加迭代次數(shù)可以有效的降低誤比特率，提高譯碼性能。
因?yàn)槟壳癎SM-R系統(tǒng)的誤碼率為10-3左右，所以根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，本文所設(shè)計(jì)方案中采取的Turbo碼技術(shù)可以降低無(wú)線信道中誤比特率，滿足列控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅岣呦到y(tǒng)的可靠性。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)中信息安全傳輸問(wèn)題，提出基于Turbo碼技術(shù)的安全信息傳輸控制方案，在Matlab仿真環(huán)境中分別采用幾種不同的譯碼算法進(jìn)行了仿真測(cè)試與分析研究。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的基于Turbo碼的安全信息傳輸方案的合理有效性。因此，在CTCS3列控系統(tǒng)安全信息傳輸中采用Turbo碼代替卷積碼進(jìn)行糾錯(cuò)信道編碼，可降低無(wú)線信道中誤比特率，提高系統(tǒng)的可靠性。
[1]劉東華.Turbo碼設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.
[2]趙海濱. MATLAB實(shí)用教程大全[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.
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