民用航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的信道編碼技術(shù)研究[權(quán)威資料]

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1、民用航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的信道編碼技術(shù)研究　　摘要：民用航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)以衛(wèi)星為中繼站，使用機(jī)載設(shè)備將機(jī)上語音及數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到地面航空網(wǎng)絡(luò)。民用航空一般使用銥星系統(tǒng)和海事衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸語音及數(shù)據(jù)信息。隨著民用航空的發(fā)展，衛(wèi)星通信不僅用于前艙安全通信，后艙的非安全通信也依賴衛(wèi)星通信。在衛(wèi)星通信中，受到自由空間損耗、噪聲、多徑、多普勒頻移等影響，信號(hào)會(huì)出現(xiàn)較大的畸變，在功率受限的情況下，需要采用較強(qiáng)糾錯(cuò)能力的信道編碼方法來信號(hào)降低誤碼率。該文主要介紹了適用于民航衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道編碼方案，并給出了衛(wèi)星通信信道下的誤碼率性能?！　￡P(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信信道編

2、碼　　V271A1672-3791（2015）06（b）-0023-02　　隨著國(guó)內(nèi)民用航空系統(tǒng)的發(fā)展，衛(wèi)星通信成為其不可缺少的一部分，中國(guó)民航局在《航空承運(yùn)人運(yùn)行中心（AOC）政策與標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，衛(wèi)星通信是無線電語音通信的主要通信方式。衛(wèi)星通信在世界上絕大多數(shù)地區(qū)內(nèi)可用于空中交通服務(wù)（ATS）、航務(wù)管理、航空公司行政管理通信和航空旅客通信等。民用航空衛(wèi)星通信系統(tǒng)以衛(wèi)星為中繼站，將機(jī)上語音及數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到地面航空網(wǎng)絡(luò)。民用航空一般使用銥星系統(tǒng)和海事衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸語音及數(shù)據(jù)信息。由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道距離地面幾百、幾千、甚至上萬公里，因此覆蓋范圍遠(yuǎn)大于

3、一般的微波通信系統(tǒng)。在衛(wèi)星通信中，受到自由空間損耗、噪聲、多徑、多普勒頻移等影響，信號(hào)會(huì)出現(xiàn)較大的畸變，在功率受限的情況下，需要采用較強(qiáng)糾錯(cuò)能力的信道編碼方法來實(shí)現(xiàn)，將信號(hào)誤碼率降低?！　?現(xiàn)狀　　銥星系統(tǒng)為低軌衛(wèi)星系統(tǒng)，衛(wèi)星運(yùn)行軌道高度為733米到785米，66顆衛(wèi)星組成星座，覆蓋了地區(qū)包括南北兩極的全部區(qū)域，可支持的數(shù)據(jù)速率為4.8kbps（語音）和2.4kbps（數(shù)據(jù)），傳輸時(shí)延大于2.6ms。使用碼率r=3/4，約束長(zhǎng)度為7的卷積碼作為前向糾錯(cuò)碼。銥星系統(tǒng)軌道高度低，路徑衰減小，傳輸時(shí)延短，便于減小衛(wèi)星和終端的體積，成本低?！　『Ｊ滦l(wèi)

4、星系統(tǒng)是一種高軌衛(wèi)星系統(tǒng)，也是一種地球同步軌道衛(wèi)星，衛(wèi)星軌道高度大約為35700km。海事衛(wèi)星系統(tǒng)使用卷積碼編碼，維特比譯碼?！　≡缙诘拿窈叫l(wèi)星通信系統(tǒng)主要用于前艙語音通信，保證前艙及時(shí)地與地面建立通信。隨著民用航空的發(fā)展，人們對(duì)于后艙使用衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的要求也越來越迫切，而后艙通信的關(guān)鍵是大量數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸，卷積碼的糾錯(cuò)性能已經(jīng)不能滿足新一代的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。對(duì)于要求越來越高的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，高的傳信率和低的誤碼率成為了衡量系統(tǒng)好壞的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。新興的Turbo碼和LDPC碼是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中較為理想的信道編碼方法?！　?數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)　　數(shù)字衛(wèi)星通

5、信系統(tǒng)模型如圖1所示，u是信道編碼器的輸入，對(duì)u加入冗余校驗(yàn)位，按照某些編碼規(guī)則編碼后，編碼器輸出。衛(wèi)星信道充足的帶寬允許系統(tǒng)以較低的碼速率傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間的符號(hào)干擾可以忽略，信道引入的加性噪聲和干擾可以用高斯白噪聲來模擬，并且這種噪聲在符號(hào)之間是相互獨(dú)立的。所以衛(wèi)星信道基本上是加性高斯白噪聲信道（AWGN）。　　3Turbo碼　　最初的Turbo碼是由Berrou提出，編碼結(jié)構(gòu)中將兩個(gè)系統(tǒng)遞歸卷積碼（RSC碼）通過交織器并行連接，一個(gè)信息比特產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)位信息，這兩個(gè)RSC嗎的編碼器結(jié)構(gòu)相同。它的譯碼采用迭代譯碼方案，兩個(gè)分量碼輪流

6、調(diào)用軟輸入軟輸出（SISO）譯碼器，進(jìn)行迭代譯碼。Berrou和Glavieux經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用隨機(jī)交織器的Turbo碼，信息序列長(zhǎng)度為65535比特，通過18次迭代譯碼，在信噪比Eb/N0為0.7dB時(shí)，碼率1/2的Turbo碼能達(dá)到AWGN信道上誤比特率（BER）小于等于10-5，從而證明Turbo碼是一種逼近容量限的碼。　　Turbo碼編碼通過一個(gè)交織器將兩個(gè)分量碼編碼器并行級(jí)聯(lián)。交織器將信息比特重新置位，使得相同信息序列內(nèi)的輸入比特按照不同的方式排序。　　假設(shè)信息位位數(shù)為k=1，定義輸入信息序列長(zhǎng)度為N，信息序列為，其中。輸入信

7、息一方面輸入分量碼1的編碼器進(jìn)行卷積編碼，同時(shí)輸入信息進(jìn)入交織器交織后，產(chǎn)生相同長(zhǎng)度但比特位信息不同的序列。然后將輸入到分量碼2的進(jìn)行編碼，從而得到了和這兩個(gè)不同的校驗(yàn)序列。假設(shè)分量編碼器1采用碼率1/2系統(tǒng)遞歸卷積碼（RSC碼），同時(shí)分量編碼器2也采用這種分量碼，那么在不使用刪余技術(shù)時(shí)整個(gè)Turbo編碼器的碼率就是1/3。整體碼字由系統(tǒng)比特序列和校驗(yàn)比特序列和構(gòu)成。這就是說時(shí)間i的編碼輸出為，其中?！　榱颂岣逿urbo碼的效率，減少校驗(yàn)位，我們可以使用高碼率的分量碼，還可以對(duì)兩個(gè)校驗(yàn)序列進(jìn)行有規(guī)律的刪余，接收端再將接受到的比特序列與信息序

8、列復(fù)用起來，復(fù)用后的傳輸序列會(huì)輸入到數(shù)據(jù)調(diào)制器。舉例如下，為了將Turbo碼的碼率提升至1/2，可以按照如下的刪余矩陣對(duì)兩個(gè)校驗(yàn)序列進(jìn)行刪余　　其中矩陣P第t行的0