信道編碼技術在衛星通信中的重要應用研究

陳曦原

（國防科技大學，長沙 410000）

1 引言

衛星通信在航空、數字電視與廣播等信號傳輸等方面具有廣泛應用價值，能夠為區域內之間相互溝通交流提供支持。隨著科學技術的逐漸發展，衛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。衛星通信屬于高斯白噪聲信道，信號傳輸過程中常會出現突發性錯誤或者隨機性錯誤。當衛星通信傳輸功率受到限制時，便會對衛星通信系統正常工作造成不良影響。因此，需要采用信道編碼技術進行錯誤糾錯，盡量減少錯誤發生情況。信道編碼技術能夠將衛星通信中存在的噪聲與干擾等問題解決掉，為信道傳輸穩定性提供技術保障。其中級聯碼信道編碼技術能夠處理譯碼難度和長碼之間存在的矛盾，從而提升衛星通信信道傳輸效率與可靠性。在信道編碼技術逐漸完善過程中，編碼碼型也在不斷變化，這對衛星通信系統完善具有一定推動作用。

圖1 數字衛星通信系統模型

2 信道編碼技術

信道編碼技術是具有良好的糾錯能力，能夠對衛星通信信號進行編碼處理，從而提升信息傳輸穩定性，降低外界因素干擾。級聯編碼技術是信道編碼技術中的一部分，能夠有效降低譯碼器計算量，從而得到等效長碼性能。在干擾比嚴重組合信道應用方面，級聯碼外碼能夠解決大多數突發錯誤問題，內碼能夠處理隨機錯誤。級聯碼源于國外，相關研究者認為這種信道編碼技術能夠解決譯碼器復雜性問題，從而獲得良好糾錯性能。在衛星通信系統應用方面，衛星信道噪聲干擾相對較大，需要通過級聯碼進行糾錯處理。在信道編碼技術應用過程中，操作人員需要將交織器放入內外編碼器間，從而提升衛星信道抗干擾性能。在信道編碼技術應用過程中，外碼多使用線性分組碼，這種信道編碼突發錯誤糾正能力很強。通過線性分組碼將信息序列成分信息組，形成線性關系，通過監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，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，突發錯誤量大，具有一定持續性，容易增加信道編碼技術糾錯難度。因此，需要通過交織技術盡量減少錯誤之間相關性，從而降低糾錯難度。在信道編碼技術應用方面，內碼多采用卷積碼，這種信道編碼能夠充分利用各組信息相關性，從已有碼組之中獲取相關價值信息。與分組碼相比，卷積碼在同等復雜程度與編碼效率下的錯誤糾正能力更強。

3 衛星廣播通信中應用

在衛星廣播通信應用方面，需要對廣播信號進行編碼，并對信號數據進行分割處理，通過信道編碼技術編碼之后方可發射。在DVB-S衛星廣播通信方面，需要使用級聯編碼技術進行編碼處理，信道編碼工作需要經過鑿孔、較之與卷積編碼等步驟方可完成。在級聯編碼技術應用方面，需要通過（204，188）方式將里所碼轉變為RS碼，這種碼元性能比較可靠，能夠達到衛星廣播通信標準。操作人員需要交織處理RS碼，經處理之后的數據包能夠提高信道編碼技術糾錯能力，促進內外碼相連。其中級聯碼內碼碼率設置為50%，通過信道編碼技術對卷積碼進行編碼處理。相關實踐研究結果顯示，信道編碼技術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。在衛星廣播通信信道編碼技術應用過程中，每種編碼速率都會存在對應的線性分組碼H矩陣。外碼糾錯能力能夠達到12，內碼對應的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行簡化處理[2]。線性分組碼信道編碼技術在衛星廣播通信中具有較高應用價值，是未來衛星通信系統中的一種主流編碼技術。這種信道編碼技術能夠對編碼過程進行簡化，提高數據傳輸速度，具有較強的實用性。

4 數字廣播電視衛星傳輸系統應用

在數字廣播電視衛星傳輸系統應用方面，雖然信道編碼技術具有一定應用價值，但數據率容易受到四相移鍵控調制技術限制。因此，在信道編碼技術應用過程中，需要對數據傳輸效率進行調整，從而滿足數字廣播電視衛星傳輸系統業務發展需求。級聯信道編碼技術在數字廣播電視衛星傳輸系統中具有較高應用價值，能夠有效降低解調門限。在具體應用方面，多采用低密度奇偶校驗碼與BCH碼進行信道編碼處理。其中低密度奇偶校驗碼能夠解決計算量過多問題，從而達到長碼糾錯性能；BCH碼在隨機錯誤糾正方面具有一定應用價值。在先進衛星廣播系統應用過程中，需要采用低密度校驗碼進行信道編碼處理。

5 民用航空衛星通信系統應用

民用航空衛星系統是衛星通信中的一部分，主要通過無線電語音實現通信目標。在民用航空衛星通信系統使用過程中，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，導致信號發生畸變。而信道編碼技術糾錯能力較強，能夠有效降低民用航空衛星通信系統的信號誤碼率。Turbo碼在民用航空衛星系統中具有較高應用價值，這種編譯碼是一種并行級聯卷積碼，可以利用交織器并行級聯分量碼編碼器。在并行級聯卷積碼信道編碼技術應用方面，技術人員可以通過分量碼迭代譯碼串聯分量譯碼器進行譯碼處理。在多次迭代譯碼處理之后，分量譯碼器輸出外信息數據將會逐漸穩定，從而獲得全局最優譯碼。在低密度校驗碼信道編碼技術應用方面，技術人員需要通過隨機發進行校驗矩陣建設，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，技術人員可以利用后驗概率譯碼、大數邏輯譯碼與比特翻轉譯碼等多種手段進行譯碼處理，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性能更加優越，在長碼方面展現出來的性能明顯優于并行級聯卷積碼信道編碼技術。