信道编码在现代通信中的应用

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1、电子信息学院通信与信息系统2014202120083谢秋莹信道编码在现代通信中的应用一、卫星通信系统信道编码技术1.1卫星通信信道特性卫星通信必须通过地球以外空间的在轨卫星来实现，受到卫星本身放大器件、天线尺寸、遥远通信路径及宇宙其它星体等因素的影响，卫星信道具有：功率受限、带宽受限、非线性恒参信道、多经衰落信道、通信链路远时延大、易受环境干扰等特点。信道编码技术作为保证信息正确传输的有效手段被广泛应用于各种卫星通信系统，通过信道编码可以在有限带宽、低信噪比条件下实现信息的低误码率传送，以达到节省发射机功率、提高频谱利用效率的目的。信道编码技术一般包括请求重传（ARQ）、前向纠错（F

2、EC）及二者的混合体制，鉴于卫星信道误码特性、频谱利用率、系统延时等指标的要求FEC技术被广泛应用于各种卫星系统，对FEC技术的研究不断深入，国际上提出了Turbo码、LDPC（LowDensityParityCheck）、级联编码、编码调制及Raptor码等优秀的差错控制技术。1.2现有卫星信道编码技术及应用[1]1.2.1卷积码卷积码由Elias于1955年提出，是继分组码之后提出的简单、高效编码方式，上世纪七十年代，Viterbi16电子信息学院通信与信息系统2014202120083谢秋莹软判决译码算法迅速发展促使卷积码被广泛应用于各种卫星通信系统以及深空探测装置。VSAT卫

3、星系统于20世纪80年代兴起之初，采用码率为1/2，约束长度为7的卷积编码，在QPSK调制下通过Viterbi软判决译码，误码率为10-5时编码增益为5dB。90年代初INTELSAT提供的IDR（IntermediateDataRate）业务使用码率为3/4的删余卷积编码，它是由效率为1/2的卷积码周期地删除规定比特而得到，在QPSK调制方式下应用Viterbi软判决译码可以提供10-7的误码性能，较未编码的情况获得了4dB的编码增益。IBS（IntelsatBusinessService）系统采用码率为1/2卷积码，相同条件下可以提供10-8的BER性能。卷积码很大程度地改变了卫

4、星通信系统的性能，卷积码及其译码算法为串行级联编码、Turbo码等优秀的编码方案的提出奠定了基础。不足之处是，随着编码器存储长度的增加，Viterbi译码的复杂度呈指数上升，使编码性能的进一步提高受到限制，所以，卷积码编码器的设计以最小状态数为原则，使译码趋于简单。1.2.2级联编码Forney于1966年提出利用短分量码构造较长好码的串行级联编码技术，它以非二进制、较长码作为外码，以二进制、较短码作为内码，内、外码之间通过串行方式级联，接收端应用软判决译码算法和代数译码方法分别对内、外码进行译码，在获得较高的误码特性同时译码复杂度也在可以接受的范围。ETSI的现行卫星数字广播标准D

5、VB-S及美国数字卫星电视广播DBS-TV系统均采用RS码、卷积码串行级联形式，外码采用（204，188）的RS16电子信息学院通信与信息系统2014202120083谢秋莹码纠正多径衰落引起的突发错误，内码采用码率为3/4、约束长度K=7的卷积码纠正随机错误，内、外码通过12X7的卷积交织器级联，系统在QPSK调制方式下信噪比为4dB时误码性能介于10-10~10-11。NASA于1993年发射的ACTS卫星采用RS码、1/2卷积码级联编码方案，最佳误比特性能达10-12。我国的遥感卫星风云三号FY-3、欧洲的METOP、美国EOS、NPP/NPOESS也都采用CCSDS标准（采用

6、(2,1,7)卷积码、RS（255，223）级联码）推荐的RS与卷积码级联的数据传输方案。另外，通过把多个内码和外码级联可以形成多级级联码，译码时对级联码进行码分解和多阶段译码，既可以获得较好的误码性能又大大减小了译码复杂程度，对于不同的通信系统环境提供了很大的灵活性。RS码、卷积码串行级联形式在现行卫星系统中得到广泛应用，基本可以满足中等误码要求的通信系统，不足之处是误码性能的提升与译码复杂程度总是一对矛盾，当RS码非常长时，采用软判决的译码方案很难实现，编码增益的改善受到一定限制。1.2.3Turbo码1993年C.Berrou和R.Pyndian提出“并行级联”形式的Turbo

7、码。Turbo码特别适合在中等误码率需求、长信息分组情况下使用，通过适当的迭代译码算法，在不增加设备复杂性的条件下可以获得几个分贝的编码增益。目前，Turbo码已经被成功的应用到2004年11月欧洲发射的SMART-1号月球探测器上，理论可实现编码增益8dB。最新的VSAT卫星系统也使用Turbo乘积码作为差错控制技术，为用户提供宽带卫星互联网接入服务，误码性能小于10-916电子信息学院通信与信息系统2014202120083谢秋莹。2005年SSA发射