交织技术在AOS同步与信道编码子层的应用

摘要：同步与信道编码子层是AOS (高级在轨系统)的关键部分，用以保证数据在空间通信链路传输过程中的可靠性。同步与信道编码子层采用RS(255,223)码作为纠错编码，为了提高纠错能力，CCSDS（空间数据系统咨询委员会）建议RS（255,223）码使用深度1~5级的矩阵交织技术。交织采用5个编码器和单个交织矩阵完成发送端的交织功能。解交织采用两个解交织矩阵轮替缓存数据，轮替输出数据到译码器，实现接收端数据的解交织功能。

关键词：AOS；同步与信道编码子层；交织；解交织

中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)24-5774-03

Application of Interleaving in the AOS Synchronization and Channel Coding Sub Layer

LIU Jia-ling

(Inner Mongolia Electronic Information Vocational Technical College, Huhhot 010070, China)

Abstract：Synchronization and channel coding sub layer is the key part of Advanced Orbiting Systems, is used to ensure data reliability in space communications link transmission. In order to improve code performance, synchronization and channel coding sub layer use RS (255, 233) codes, and CCSDS recommended RS (255,223) code using the depth of 1 to 5 matrix interleaving technology. Interleaving use 5 en coder and a single interleaving matrix complete the interleaving function of sender. De-interleaving use two de-interleaving matrix rota tion to cache data and output data to the decoder complete the de-interleaving function of receiving end.

Key words: AOS; synchronization and channel coding sub layer; interleaving; de-interleaving

AOS（Advanced Orbiting Systems高级在轨系统）是一个对空-地和空-空的测控与通信数据以及其它有效载荷数据进行数据处理及数据管理的系统，是为了满足复杂的高级航天器系统以及空间任务和空间数据系统得更高要求，由CCSDS（Consultative Com? mittee for Space Data System空间数据系统咨询委员会）提出的AOS标准化通信系统结构。高级在轨系统体现了空间数据系统的发展方向。在空间站及其他载人航天任务中，要求测控覆盖率高、传输信息种类多、实验项目和任务多。在这种情况下，采用CCSDS制定的高级在轨系统会更加方便合理。目前各航天大国都在逐步采用高级在轨系统的数据标准，国际空间站在数据体制上也采用了高级在轨系统标准。

卫星通信信道中除了随机干扰，外来脉冲的干扰常常会引起突发错误，这些错误有很强的相关性，当发生一个严重的错误时，会波及到后面很多数据，导致一系列数据发生错误，使突发错误的数目超过纠错码的纠错能力。为了使纠错码能应对这些大面积突发错误，纠错码在实际应用中经常要结合数据交织(Interleaving)与解交织(De-interleaving)技术来充分发挥纠错能力，从而大大提高系统整体的纠错能力。

1交织和解交织在AOS同步与信道编码子层中的应用

AOS采用分层次的体系结构。CCSDS建议书参考OSI（Open Systems Interconnection）网络分层参考模型，将其划分为5层，分别是应用层、传输层、网络层、数据链路层与物理层。图1所示。不同层具有不同的功能、采用不同的数据结构，各层的数据单元中都设置有导头域，用于记录相关信息，以便接收端能够正确方便地提取数据。AOS以其合理的复用机制、有效的检错、纠错措施，保证了信道的高速率、高质量以及系统的高可靠性，从而可满足高速率、大容量、多用户的复杂航天器的数据处理、传输要求。

在接收端，由于单个译码器占用资源较多，若使用5个译码器实现解交织功能会占用大量的开发板芯片资源，为了后续设计有足够的芯片逻辑资源，所以考虑采用一个译码器来完成解交织。为了减少数据延时，采用数据调度方法即用两个缓存矩阵完成交织。解交织过程如图4所示。这样可以为项目的后续设计提供足够的芯片逻辑资源，但是这种实现方法要额外的消耗存储资源。

图4解交织过程

当接收端收到一个AOS传输帧，在切换开关S1作用下，先将第一帧送入第一个解交织矩阵（RAM1），将码字按列送入RAM1。第一帧解交织结束后，开关S1切换到第二个解交织矩阵（RAM2）上，第二帧开始逐个码字的存入RAM2，同时将RAM1中存储的数据按行读出每个255码字长度的码组，逐个码组送入RS译码器进行译码运算。当第二帧码字接收完后，RAM1所存的5个码组也都译码结束。紧接着第三帧数据到来时，开关S1再切换到解交织矩阵1，第三帧开始逐个码字存入RAM1，RS译码器同时对RAM2中的5个码组进行译码运算。就这样两个解交织矩阵轮替缓存数据，轮替输出数据，实现接收端数据的解交织功能。

该文提出了在AOS同步与信道编码子层接收端和发送端添加交织与解交织技术，来提高系统的整体纠错能力。着重介绍了RS码交织深度为5的交织和解交织的方案设计。