高码速率卫星通信中LDPC编码技术的仿真及应用

艾国志+范文斌

摘要：高码率卫星通信对信道性能要求高，卫星通信系统具有较低信噪比和突发强干扰等特性下，但是现有信道编码的方法可能由于纠错性能的限制，导致接收端信息不能完全正确恢复。但是现有的数据传输业务对于低误码率的要求非常的高，卫星通信系统是一个非对称的信道，LDPC码作为一种新兴研究的信道编码方案，仿真表明它在高斯信道和莱斯信道下都有着良好的纠错性能，是卫星数据传榆链路对抗链路干扰，提高信道性能的一种有效方法。

【关键词】卫星通信 LDPC编码 编码增益 解调

1 引言

信道编码理论及技术作为现代通信系统必不可少的关键技术，近几十年在Shannon信道编码定理的指引下已经经历了飞速的发展并取得了大量的研究成果。目前，低密度奇偶校验码（LDPC码）以其低复杂度的迭代译码算法和可逼近信道容量限而成为目前最佳的编码技术之一，也逐渐开始在新的卫星通信中广泛使用。

2 LDPC编码技术

LDPC码是当今信道编码领域的最令人瞩目的研究热点，基于LDPC码的上述优异性能可廣泛应用于光通信、卫星通信、深空通信、光和磁记录系统等。研究资料表明，LDPC编码对压缩图像传输具有很强的理论优势，图1给出了采用LDPC码应用于压缩图像传输中的一种联合信源/信道编码系统简图。其中，信源编码方案采用的是JPEG静止图像压缩标准，信道编码方案采用的是LDPC码的编码方案。由于JPEG静止图像由头语法和压缩的图像数据两部分组成，头语法对错误最敏感，其次是DC分量和AC分量。因而可以对头语法和图像数据分别用不同码率的LDPC码进行编码。这种编码能够提高信道的抗干扰能力，从而改善重建图像的质量。

LDPC码除了在AWGN信道中比卷积码有更高的编码增益外，它在莱斯衰落信道中仍然有优势。当信道的相关性不是非常强时，不需要特别加入交织器即可取得较好的纠错性能。不同莱斯因子K时的（512，256）LDPC码的性能如图2所示。

图2中的仿真条件为：，fdTs=0.01。从图中可以看出，随着K的增大，LDPC码的纠错能力增强。由于，dTs较小，信号之问衰落的相关性较强。在同样信道条件下LDPC码和无交织卷积码误码率为104时对应的信噪比，如表1所示。

从表1中数据可以看出，LDPC码对突发错误明显没有卷积码敏感，即使不使用交织，依然可以在较小的莱斯因子下获得较高的编码增益。而卷积码在莱斯因子较小时，由于突发错误增多，性能明显下降。所以LDPC码具有良好的抗衰落性能。不同相干时问条件下的LDPC码纠错性能如图3所示。

图中的仿真条件取K=10。随着，dTs的增大，信号问衰落的相关性减弱，LDPC码的性能有明显的提高。从图中可以看出，在，dTs>0.05后，其性能与不相关莱斯信道相差在0.5 dB，系统中不需加入交织器。只有当，dTs很小时，信号衰落相关性很强时，才需要考虑加入交织器。

从仿真中可以看成卷积码和LDPC编码码长较大时导致延时较大，这不利于实时语音通信；但卫星数据传输具有单向性，基本上不受延时的限制。LDPC码的编码效率接近香农极限、编解码简单、时延小等特点非常适合高速数据传输系统，是未来卫星通信系统的首选信道编码方案，在QPSK调制方式下，当LDPC码速率选取1/4时达到104误码率所需的信噪比为0.65 dB，当LDPC码率选择9/10时，相同的误码要求下信噪比仅为3.87 dB，性能优势明显。

3 LDPC编码仿真试验

目前卫星通信中地而站部分先进编码调制设备已经开始应用LDPC编码技术，本文对某型号试验高速调制解调器利用卫星地而站接收信道进行了验证测试。

通过图4所示，测试解调器在不加LDPC和加LDPC状态下的编码增益。测试结果如表2所示。

根据实际测试结果，当采用LDPC编码技术时候，可对信道有6dB以上的信道质量改善。

当译码选择迭代次数为4时，最大数传信道解调解码速率可达700Mbps；当选择迭代次数为10时，最大数传信道解调解码速率可达210Mbps；选择是不同LDPC译码迭代次数在BER为10'6情况下获得的编码增益。图5和6分别是QPSK和OQPSK调制，码速率为150Mbps和400Mbps情况下，测得的BER性能曲线。

4 结束语

高码率卫星通信对信道性能要求高，卫星通信系统具有较低信噪比和突发强干扰等特性下，但是现有信道编码的方法可能由于纠错性能的限制，导致接收端信息不能完全正确恢复。但是现有的数据传输业务对于低误码率的要求非常的高，卫星通信系统是一个非对称的信道，LDPC码作为一种新兴研究的信道编码方案，仿真表明它在高斯信道和莱斯信道下都有着良好的纠错性能，是卫星数据传输链路提高信道性能，对抗信道干扰的一种有效方法。参考文献

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