LDPC码在地空通信中的应用

摘 要

近些年来对无线通信技术领域的研究越来越多，这些技术在地空通信中逐渐成为热点。LDPC码是一种线性的分组码，它是基于稀疏校验矩阵的。本论文简要介绍了LDPC码的编码算法和译码算法，以及在地空通信中的应用。

【关键词】 LDPC码 地空通信 编码

1 LDPC码简介

1.1 提出LDPC码的背景

卫星通信技术发展越来越成熟，最近研发的卫星通信技术能够通过空间卫星进行地空通信。LDPC码是其中非常重要的一环，这是因为LDPC码具有强大的纠错能力，具有很低的复杂度等。

LDPC码具有很强的纠错能力，同时还具有低复杂度的快速译码算法和比较好的特性结构，所以在最新的带宽无线多媒体的通信系统中，LDPC码成为了能够传播高质量的通信以及视频信号的关键性技术。同时LDPC码已经广泛被欧洲等国家的卫星使用。

1.2 LDPC码的基本概念

LDPC码的全称为低密度奇偶校验，1960年后Gallager第一次提出这个概念。LDPC码是一种线性的分组码，它是基于稀疏校验矩阵的。LDPC码的编码是一种随机码。由于当时的技术和条件都十分落后，LDPC码并没有广泛应用于实际当中。后来人们发现了Turbo码，但是Turbo码在本质上就是LDPC码。LDPC码的纠错性能十分优异，近些年来越来越受到人们的重视。

LDPC码的译码采用软判决的置信传播迭代译码算法。正是由于这个原因，LDPC码在给定误码率的情况下，信息的传输速率和Shannon限很接近。在某种程度上，LDPC码的纠错性比Turbo码强出了很多很多。我们都知道，译码的复杂度与码长有关，而且是线性的关系。要想实现长编码分组的应用，就必须克服分组码在长码的时候译码的计算量问题。

2 DVB-S2标准的前向纠错系统

LDPC码的编译方法有许多，本论文简要介绍一下介绍LDPC码的DVB-S2标准编译码方法。

第一代DVB标准是1994年提出来的，它采用RS码，QPSK调制和级联卷积码的方式。但是伴随VLSI技术的发展，就出现了更高效率的编码方式。DVB-S2项目组的目标旨在带宽和功率不增加的情况下，增加百分之30的传输量。

DVB-S2标准主要由三个部分组成：BCH（前向纠错系统由外编码）、LDPC（内编码）和比特交织。同时输入流包括BBFRAMES（基本比特帧）和FECFRAMES（外流前向纠错帧）。FEC系统处理完每个BBFRAME（kbch位）之后，都会产生一个FEC-FRAME（nldpc）。系统BCH外码的奇偶校验比特（BCHFEC）被加到BBFRAME，LDPC内码的奇偶校验比特被加到BCHFEC后面。

3 LDPC码的算法

3.1 LDPC码编码算法

传统的规则LDPC码的编码主要可以分为四步，分别如下。其框图如图1所示，编码步骤如下：

（1）明确规则LDPC码的H矩阵的列重和行重。

（2）构造LDPC码的H矩阵。

（3）将校验矩阵H转换成系统形式。

（4）根据线性分组码系统形式的校验矩阵与生成矩阵之间的关系得到相应的生成矩阵G，编码生成的码字为C=uG。

3.2 LDPC码的译码算法

LDPC码有很多种译码方式，常见的译码方式主要有：加权比特翻转译码、比特翻转译码、大数逻辑译码、后验概率译码以及和积算法译码等。本论文简要介绍和积算法。

所谓和积算法，就是一种迭代译码算法，它的传播是基于置信度的。下一次迭代的输入，是上一次译码结束时可靠度量度的计算结果。直到达到了某个特定的条件后，译码的迭代过程才会停止，进而系统会作出硬判决。

4 我国的LDPC码在将来地空通信中的应用

地空通信具有许多特点，比如信号的能量衰减比较严重，信息的传输延时比较大等等。因此必须采取特殊的方法，才能够保证信息传输时的可靠性。地空通信信道对于信道编码是一种理想的信道。

（1）地空通信信道和无记忆的高斯信道很相似，都是Shannon编码理论的信道模型。

（2）地空通信信道可以使用很低的频带利用率的编码和二进制调制方案，因为地空通信信道具有很丰富的带宽。

（3）由于地空通信中传输距离非常远，信号的能量衰减比较多，所以采用的都是低码速率通信。

以前地空通信使用的都是Turbo码。Turbo码具有很多优点，比如误码性能很好，但是仍然存在着误码平台。相对于Turbo码，LDPC码更适合作为地空通信的信道编码，这是因为LDPC码具有很低的译码复杂度、更低的误码平台以及更大的吞吐量。要想设计出更加适合于地空通信的LDPC码，还需要考虑到功耗效率、编码器和译码器的结构以及复杂度等等。作为一种重要的信道编码，LDPC码必将会在地空通信中发挥重要的作用。

5 总结

近些年来对无线通信技术领域的研究越来越多，这些技术在地空通信中逐渐成为热点。LDPC码是一种线性的分组码，它是基于稀疏校验矩阵的。本论文简要介绍了LDPC码的编码算法和译码算法，以及在地空通信中的应用。

参考文献

[1]曾蓉，梁钊.低密度校验LDPC码的构造及编码[J].重庆邮电学院学报（自然科学版），2005，17（3）：316-319.

[2]张长帅，宋黎定，刘泳.LDPC码在深空通信中的应用技术研究[J].航天器工程，2007，16（3）：90-92.

[3]翟政安，罗伦，时信华.深空通信信道编码技术研究[J].飞行器测控学报，2006，25（2）：59-61.

作者单位

中国民用航空西北地区空中交通管理局 陕西省咸阳市 712082