民用航空卫星通信系统中的信道编码技术研究

张治军 于艳红 邹会斌

摘要：卫星通信在航空、数字电视与广播等信号传输等方面具有广泛应用价值，能够为区域内之间相互沟通交流提供支持。随着科学技术的逐渐发展，卫星通信信道传输距离逐渐扩大，信号传输中存在的干扰因素也越来越多。卫星通信属于高斯白噪声信道，信号传输过程中常会出现突发性错误或者随机性错误。当卫星通信传输功率受到限制时，便会对卫星通信系统正常工作造成不良影响。因此，需要采用信道编码技术进行错误纠错，尽量减少错误发生情况。基于此，本文主要对民用航空卫星通信系统中的信道编码技术进行分析探讨。

关键词：民用航空；卫星通信系统；信道编码技术

1前言

卫星通信属于高斯白噪声信道，突发性或随机性错误时常会出现在信号传输期间。信道编码技术可有效处理存在于卫星通信中的噪声、干扰等问题，有利于信道的稳定传输。而级联码信道编码技术能将译码难度与长码彼此矛盾妥善处理，可使卫星通信信道实现更显著的传输效率与可靠性。而在不断完善信道编码技术的历程中，编码码型也呈现出相应的变化，这也在一定程度上推动了卫星通信系统的完善。

2信道编码技术

信道编码技术是具有良好的纠错能力，能够对卫星通信信号进行编码处理，从而提升信息传输稳定性，降低外界因素干扰。级联编码技术是信道编码技术中的一部分，能够有效降低译码器计算量，从而得到等效长码性能。级联码源于国外，相关研究者认为这种信道编码技术能够解决译码器复杂性问题，从而获得良好纠错性能。在卫星通信系统应用方面，卫星信道噪声干扰相对较大，需要通过级联码进行纠错处理。在信道编码技术应用过程中，操作人员需要将交织器放入内外编码器间，从而提升卫星信道抗干扰性能。在信道编码技术应用过程中，外码多使用线性分组码，这种信道编码突发错误纠正能力很强。通过线性分组码将信息序列成分信息组，形成线性关系，通过监督码元了解外编码信息冗余度变化情况。最小距离、汉明重量与编码效率等都是线性分组码中的重要参数，对信道编码纠错能力具有一定影响[1]。在错误信息纠错方面，随机错误纠正容易，突发错误量大，具有一定持续性，容易增加信道编码技术纠错难度。因此，需要通过交织技术尽量减少错误之间相关性，从而降低纠错难度。在信道编码技术应用方面，内码多采用卷积码，这种信道编码能够充分利用各组信息相关性，从已有码组之中获取相关价值信息。与分组码相比，卷积码在同等复杂程度与编码效率下的错误纠正能力更强。

3现有卫星通信信道编码技术

3.1 DVB-S卫星标准及其信道编码技术

具体来说，级联码外码中，首先以（204，188）的方式对188字节的传输流包进行RS编码，将其朝着204字节长度的RS码转化，此时的码元包含下述特征：其一，具备可靠的性能；其二，能够匹配于DVB-S。随后，为将外码有效连接内码，需要交织处理处理后的RS码，交织后的数据包并不会对卫星广播同步机制构成影响，有利于数据码元纠错能力的提升（陈曦原，信道编码技术在卫星通信中的重要应用研究：数字通信世界，2019）。再次，级联码内码中，信道编码使用的卷积码码率和约束长度分别为1/2的、7。具体实践显示，该卷积码编码后的QPSK信号，并在Viterbi译码后，在5dB信噪比的信道环境中，能够实现10-5量级的误码率。最后，凿孔处理获取的卷积码之后，能将2/3、3/4、5/6、7/8等码率获取。卷积码在该步骤处理完成后，不但数据传输率更高，同时也具备更强的纠错能力。

3.2 DVB-S2卫星标准及其信道编码技术

模式适配、数字调制、信道编码、流适配、正交调制和系带成型等多个部分是DVB-S2卫星标准中信源需要经历的。该标准中，基带数据由长帧和短帧等两种类型组成。长帧数据拥有64800bits的码长，包含11种编码速率的格式；短帧数据拥有16200bits的码长，包含10种编码速率的格式。每种编码速率与一个BCH码分别对应，生成多项式与LDPC码H矩阵。外码采用属于标准系统码的BCH编码，拥有最大为12的纠错能力。内码采用属于线性分组码的LDPC编码，H矩阵的构成成分包含校验和信息两种矩阵，随机性极大，因此具备极强的抗干扰能力。然而，H矩阵也恰好因为随机性的缘故，使得编译码面临全新的挑战，要想将该困难克服，建议LDPC编码采取下述步骤：首先，通过计算输入信息的比特矢量x、H矩阵中信息子矩阵Hi，将中间变量获取，随后将校验比特矢量解出。在上述操作完成之后，即可将LDPC编码方式下的编码码字矢量获取。此类方式能为编码复杂度、码长之间的线性关系提供保障，并且还能使计算量得到简化。

4卫星通信中信道编码技术的具体应用

4.1数字广播电视卫星传输系统应用

信道编码技术在该系统中的应用，价值十分显著。然而四相移键控调制技术却会在一定程度上限制数据率。所以，该技术的具体应用期间，必须合理调整数据传输效率，以便将数字广播电视卫星传输系统有关业务方面的需求满足（周珊，沈永言，卫星通信中的信道编码与调制技术：数字通信世界，2016）。该系统中，级联信道编码技术的应用，也有一定的价值，可将解调门限有效降低。通常而言，多以BCH码和低密度奇偶校验码的运用实施信道编码处理。3.2民用航空卫星通信系统应用作为卫星通信之一的民用航空卫星系统，通信目标的实现主要是依据无线电语音。民用航空卫星通信系统运转期间，由于自由空间损耗、多普勒频移等存在的缘故，干扰是无法避免的，此时信号会有畸变产生。纠错能力充足的信道编码技术，可将民用航空卫星通信系统保持在较低的信号误码率。该系统中，Turbo码的应用具有较高的价值，此类编译码属于并行机联卷积码，可采取交织器并行级联分量码编码器。而并行级联卷积码信道编码技术的实施中，技术人员在分量码迭代译码串联分量译码器的运用下，可进行译码处理。迭代译码经过多次处理后，能够逐渐稳定分量译码器输出外信息数据，能将全局最优译码获取。低密度校验码信道编码技术实施中，技术人员在校验矩阵随机发建设之后，低密度校验码在迭代译码处理后会朝着信道容量逐渐逼近（刘杰，田议，卫星数字电视信道编码与调制技术应用：信息技术与标准化，2017）。具体操作期间，技术人员可在后验概率译码、比特翻转译码及大数逻辑译码等手段的运用下，实施译码处理，能将最佳误码率性能获取。低密度校验码信道编码技术与过去的编码方法相比，具备更加显著的性能，长码方面拥有比并行级联卷码信道编码技术更优异的性能。

4.3卫星广播通信中应用

应用于卫星广播通信中，要求编码广播信号，并分割处理信号数据，在发射前需通过信道编码技术的运用进行编码处理。卫星广播通信信道编码技术的应用，不同编码速率皆有对应线性分组码H矩阵存在。外码能够实现12的纠错能力，对应于内码的H矩阵具备较大的随机性和抗干扰能力。尽管H矩阵编译码存在较大难度，然而在线性分组码编码方式的运用下能够简化处理计算量。卫星广播通信中，线性分组码信道编码技术的应用具有较高的价值，可谓是今后主流编码技术之一。

5结语

卫星通信中信道编码技术的应用，能将传输期间存在的干扰与噪声问题有效解决，而在级联码出现之后，信道编码定理中码长与译码难度矛盾也得到了解决，不但实现了更高的传输可靠性，同时传输效率也得到了显著增加。而在日益演变的编码码型下，卫星通信也更加趋于完善。

参考文献：

[1]周珊，沈永言.卫星通信中的信道编码与调制技术[J].数字通信世界，2016（5）.

[2]张洪波.信道编码技术在卫星通信中的重要应用[J].广播电视信息，2015（8）.