衛星通信系統級聯編碼方式的Labview仿真

摘 要：隨著對衛星通信需求的增加以及衛星新技術的發展，衛星通信向小型化和高頻段方向不斷發展，工作于Ka頻段或者更高頻段的衛星通信系統逐步得到發展和逐步使用。該文通過衛星通信系統中不同級聯編碼在Ka頻段信道模型的基礎上，對幾種級聯編碼方式進行了分析研究和Labview仿真.表明采用足夠深度的內交織級聯碼系統在高頻段上可以獲得更低的誤碼率和更高帶寬效率。

關鍵詞：衛星通信 Labview 級聯編碼

中圖分類號：V474.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（a）-0-02

隨著信息技術的不斷發展，衛星通信已經作為一種應急通信手段被廣泛使用在各個通信領域中，傳統的C波段及正在廣泛使用的KU波段衛星通信隨著衛星頻率資源的短缺而面臨著很多矛盾，特別是近年來隨著對衛星通信需求的增加和衛星通信的新技術的不斷發展，人們開始向更高頻段的Ka（20～30 GHz）方向進行研究。如何在高頻段中選擇不同的編碼類型以適應于衛星信道的可靠傳輸是大家一直關心的問題。Labview軟件是NI公司研發的一套圖形編程語言，廣泛應用在信號處理和建模中。該文通過對各系統性能的分析和比較，通過Labview中提供的不同衛星信道模型建模，分析了不同頻段中編碼的性能并進行了比較，同時也對在Ka頻段中不同編碼方式的性能進行了仿真。

1 系統及信道模型

衛星通信信道是一個遠距離的衰減變化的無線信道，因此為了能保障數字信號能在整個信道的可靠傳輸，必須利用適合于衛星信道傳輸的數字編碼技術。對于C波段和KU波段的衛星通信系統有效抵抗信道衰落的措施之一就是采用前向糾錯編碼技術（FEC），國際組織對于該頻段的FEC標準也是采用了編碼增益高、譯碼器實現又不太復雜的級聯編碼方式，而且外碼均為RS碼，內碼則分別采用卷積碼或者TCM方式，另外為了消除Viterbi譯碼器的突發錯誤，兩者都采用了外交織器。適合于衛星通信的不同方式的級聯碼編碼方式的的性能不同文章對其進行了分析和仿真[2]，與C和KU頻段相比更高頻段的Ka衛星通信中，大氣層將會引起信號的額外衰落，這些衰落不僅是頻率的函數，而且還是位置、仰角、季節的可行性函數。[1]，為了比較衛星系統不同編碼的性能，各種適合于衛星信道的編碼方式都進行了研究和仿真[3]。我們通過Labview軟件中提供的不同信道模型來對這些級聯編碼進行不同的仿真分析，其中內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。據此，我們可以建立采用級聯碼的不同頻段（ka頻段采用內外交織器圖1中虛線部分）衛星通信系統模型框圖如圖1。

2 編碼系統的性能分析及仿真

研究和仿真不同級聯編碼方式的性能，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模塊，特別是對于衛星通信信道的仿真可以更加趨于實際化。[4]LabVIEW圖形化信號處理平臺由千余個信號處理、分析與數學運算函數組成的信號處理與數學函數庫組成，包含小波變換、時頻分析、圖像處理、濾波器設計、聲音與振動、系統辨識、RF分析等專業方法的工具包，可與NI硬件的無縫結合，使算法得到快速驗證與部署[5]。因此該文結合Labview提供的不同信道模型對以下方式進行了模擬仿真。

2.1 采用RS（255，233）外碼，內碼為（2，1，7）在不同頻段下的性能仿真

在Labview中選擇RS為衛星信道的外碼，內碼采用卷積編碼的方式通過采用Ka頻段方式[6]的仿真和采用C波段及KU波段的信道模型通過對比其誤碼性能圖，如圖2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3.5db的信號，這樣也就說明了在Ka波段情況下衛星的天線尺寸可以做的更加小。

2.2 采用RS（255，233）外碼，內碼為 Turbo碼和P-TCM的級聯性能仿真

RS碼作為適合衛星信道傳輸的可以糾正突發錯誤的信道編碼，可以和不同的內碼進行級聯，我們選取TCM級聯、卷積級聯、Turbo碼級聯三種方式進行仿真如下：

從圖3中可見Turbo碼是一種具有很好糾錯性能的內碼，作為內碼可以比卷積級聯和TCM級聯作為的內碼的性能要好的多，同時與卷積級聯碼系統相比，雖然TCM級聯碼系統的編碼增益較小，但其寬帶效率卻很高。因此要根據情況選擇不同的編碼

類型。

3 結語

該文通過對衛星通信系統中級聯編碼在不同頻段下的性能進行了Labview仿真，通過圖形化的編程語言和系統仿真，分析及仿真結果表明：在相同信噪比和同等級聯編碼情況下的情況下使用高頻段可以進一步降低誤碼率提高系統的頻帶利用率，同時對與在Ka波段情況下采用內分組交織器可以進一步提高系統性能。同時通過單位不同頻段編碼效果的使用上來看，高頻段的設備使用效能更加明顯。

參考文獻

[1]王愛華，羅偉雄.Ka頻段固定衛星通信系統編碼方式[M].北京理工大學學報，2002（11）.

[2]王坤，張青春.Ka頻段固定衛星信道編碼技術研究[J].微型計算機信息，2007（6）.

[3]張威，徐熙宗等.RS級聯編碼在超短波通信與衛星通信信道的仿真分析[J].通信技術，2009（2）.

[4]張振權，羅新民等.RS-Turbo級聯碼的性能仿真及其在圖像傳輸中的應用[J].現代電子技術，2005（24）.

[5]邵琦，楊絮等.基于LabVIEW的FSK調制解調仿真設計[J].科技創新導報，2010（18）.

[6]陸健，肖志東.Ka頻段衛星通信的自適應調制編碼方案設計與仿真[J].數字技術與應用，2009（1）.