蔡建平，樹玉泉，何巍巍

(1.北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心，北京 100094； 2.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與裝備技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050081)

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中的信道編碼研究

蔡建平1，樹玉泉2，何巍巍2

(1.北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心，北京 100094； 2.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與裝備技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050081)

針對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)代化的需求，采用高效的編譯碼技術(shù)有利于提高導(dǎo)航系統(tǒng)的工作性能與可靠性。研究了BCH碼、卷積碼和低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC)這3種常見的信道編碼，對其編譯碼方案進(jìn)行了簡要介紹，仿真比較了其編碼增益，對不同參數(shù)配置下編碼性能進(jìn)行了分析與比對。依據(jù)仿真結(jié)果，綜合編譯碼復(fù)雜度、電文設(shè)計(jì)等需求，提出了適用于北斗RDSS系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展的信道編碼的方案，為北斗系統(tǒng)信號體制設(shè)計(jì)提供了分析思路和設(shè)計(jì)參考。

衛(wèi)星導(dǎo)航；信道編碼；LDPC碼；卷積碼； BCH碼

0 引言

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)RNSS和RDSS體制的集成應(yīng)用是我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的獨(dú)特優(yōu)勢和核心競爭力，廣泛應(yīng)用于軍事和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。為提高北斗RDSS系統(tǒng)服務(wù)性能和用戶容量，需要研究新的信號體制，提升用戶的易用性，降低用戶發(fā)射功率。目前用戶設(shè)備發(fā)射信號的功率較大，需采用的功放是10 W左右[1]。為了降低用戶設(shè)備的發(fā)射功率，使用戶設(shè)備發(fā)射信號功率降低到1～2 W，中心站的接收信號的信噪比將大幅度降低，對于RDSS系統(tǒng)中心站接收將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因此系統(tǒng)采用高增益的編碼方案是必要的手段。

在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中BCH碼、卷積碼和LDPC碼是常用的3種編碼。BCH碼由Hocquenghem于1959年、Bose和Ray-Chaudhuri于1960年分別提出的、糾正多個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤的循環(huán)碼；卷積碼由Elias等人于1955年提出的[2]，在編碼過程中，使前后的碼元之間產(chǎn)生相關(guān)性，通過相關(guān)性對各碼元進(jìn)行檢驗(yàn)。尤其是l967年Viterbi提出了Viterbi譯碼算法后，卷積碼逐漸得到廣泛的應(yīng)用，而后出現(xiàn)的網(wǎng)格編碼調(diào)制(TCM)技術(shù)，使得卷積碼可以應(yīng)用于帶寬受限的通信系統(tǒng)中。1962年，Gallage就提出了低密度奇偶校驗(yàn)碼(Low Density Parity Check Codes，LDPC)，并提出相應(yīng)的迭代譯碼概念[3]。本文將依次對這3種編碼方案進(jìn)行技術(shù)分析，對其性能進(jìn)行仿真并且對比它們之間的性能差異，為北斗RDSS系統(tǒng)新的信號體制設(shè)計(jì)中的高增益編碼方案選取提供參考。

1 BCH碼技術(shù)分析

BCH碼是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的一類很好的線性糾錯(cuò)碼類[4]。它建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，特別是在中等碼長的情況下，其性能接近理論值，構(gòu)造方便，編碼簡單，是目前應(yīng)用的最為廣泛的碼類之一。

BCH碼是循環(huán)碼的一個(gè)特殊的子集。因此BCH編碼的核心問題在于生成多項(xiàng)式的選取，譯碼的核心問題在于求錯(cuò)誤位置多項(xiàng)式。下面針對這兩方面進(jìn)行分析。

1.1 編碼特性之生成多項(xiàng)式的選取

在計(jì)算生成多項(xiàng)式之前需要確定碼長n和糾錯(cuò)能力t。當(dāng)碼長n確定后，BCH碼糾錯(cuò)能力t的選擇并不是任意的，需要受到一定限制。對于q元BCH碼2t個(gè)根對應(yīng)2t個(gè)最小多項(xiàng)式，每個(gè)最小多項(xiàng)式的次數(shù)不應(yīng)超過m，那么2t個(gè)最小多項(xiàng)式的最小公倍式g(x)的次數(shù)為deg[g(x)]=n-k≤2tm。對于二元BCH碼，t個(gè)根對應(yīng)于t個(gè)最小多項(xiàng)式，則它們的最小公倍式g(x)的次數(shù)為deg[g(x)]=n-k≤tm。因?yàn)閤n-1共有n個(gè)根，連續(xù)冪次根不能超過根的總數(shù)，即2t≤n。

設(shè)定碼長n和糾錯(cuò)能力t后，構(gòu)造BCH碼生成多項(xiàng)式的方法如下：

① 由關(guān)系式n=qm-1算出m，查表找到m次本原多項(xiàng)式P(x)，產(chǎn)生一個(gè)GF(2m)擴(kuò)域；

② 在GF(2m)上找一個(gè)本原元α，一般情況下，先利用本原多項(xiàng)式P(x)的根，然后分別計(jì)算2t個(gè)連續(xù)冪次根αα2．．．α2t所對應(yīng)的GF(2m)域中最小多項(xiàng)式m1(x)m2(x)…m2t(x)；

③ 計(jì)算這些最小多項(xiàng)式的最小公倍式，得到生成多項(xiàng)式：

g(x)=LCM(m1(x),m2(x),…,m2t(x))。

對于二元BCH碼，由于在GF(2)域上，連續(xù)2t個(gè)冪次根有一半是另一半的共軛元，在求最大公倍式時(shí)不起作用，因此上述第②步可簡化，只需列出t個(gè)連續(xù)奇次冪的根即可。

當(dāng)確定好g(x)后，將信息組c(x)乘以xn-k變成xn-kc(x)，乘以xn-k的目的是將信息位放在碼字的最左側(cè)，用以生成系統(tǒng)碼。用生成多項(xiàng)式g(x)除以xn-kc(x)，得到商q(x)和余式r(x)，最終編碼結(jié)果為xn-kc(x)+r(x)。

1.2 譯碼算法分析

BCH碼有BM、無逆BM和Euclid等譯碼算法。BM算法是由Berlekamp[5]和Masseey[6]提出的。該算法計(jì)算較為簡單，適合微處理機(jī)和軟件實(shí)現(xiàn)，但是在計(jì)算過程中需要求逆，在硬件實(shí)現(xiàn)中較為困難。為此Burton提出了無逆BM算法[7]。Euclid算法[8]與BM算法的區(qū)別主要在迭代過程。BM是基于自回歸濾波器原理來求解最短反饋鏈接多項(xiàng)式，而Euclid迭代式基于多項(xiàng)式分解原理來求解多項(xiàng)式最大公因式，后者需要進(jìn)行除法運(yùn)算，其譯碼速度要比BM算法慢。ME算法[9]是一種對Euclid算法的改進(jìn)，避免了求逆運(yùn)算。無逆BM算法在實(shí)際應(yīng)用中較為常用。

1.3BCH碼性能分析

影響B(tài)CH碼性能的因素主要有：編碼效率、糾錯(cuò)個(gè)數(shù)和編碼長度等。下面利用計(jì)算機(jī)仿真來對比分析上述因素對BCH碼性能的影響。

對糾錯(cuò)能力相同但是編碼效率不同的BCH碼進(jìn)行了對比，如圖1所示。對碼長相同但是糾錯(cuò)個(gè)數(shù)不同的BCH碼進(jìn)行了對比，如圖2所示。對碼長相同但是編碼效率不同的BCH碼進(jìn)行了對比，如圖3所示。對碼率相近但是碼長不同的BCH碼進(jìn)行了對比，如圖4所示。

圖1 糾錯(cuò)能力為3 bit的BCH碼誤比特性能對比

圖2 碼長均為15糾錯(cuò)個(gè)數(shù)不同的BCH碼誤比特性能對比

圖3 糾錯(cuò)能力不同碼率不同的BCH碼誤比特性能對比

圖4 碼率相近糾錯(cuò)能力不同的BCH碼誤比特性能對比

由圖1、圖2、圖3和圖4可以得到如下結(jié)論：

① 當(dāng)糾錯(cuò)能力相同的時(shí)候，碼率越高的BCH碼性能越好(圖1)；

② 移動(dòng)信道以突發(fā)錯(cuò)誤為主，故糾1個(gè)或2個(gè)錯(cuò)誤對信息的傳輸并沒有多少改進(jìn)(圖2)，而糾錯(cuò)個(gè)數(shù)多的譯碼器對性能的改善較大(圖3)；

③ 當(dāng)碼率相近的時(shí)候，糾錯(cuò)能力越強(qiáng)的BCH碼性能越好(圖4)；

④ 如圖3所示，當(dāng)信噪比低于3.5dB時(shí)，(31，11，5)的性能比(31，26，1)要差，在高信噪比時(shí)性能逐漸超過。從理論上分析這是因?yàn)樵诘托旁氡葧r(shí)信道容量交叉，碼率高的編碼性能更好，當(dāng)信道容量提升之后，糾錯(cuò)能力強(qiáng)的碼的優(yōu)勢才開始顯露出來；

⑤ 當(dāng)糾錯(cuò)個(gè)數(shù)增加到一定程度時(shí)，由于碼的冗余元達(dá)到了一定的長度，致使糾錯(cuò)能力停止增長，反而由于碼率的降低性能會(huì)變差(圖3)。

2 卷積碼技術(shù)分析

卷積碼(n,k,N)的編碼器是在任一段規(guī)定的時(shí)間內(nèi)輸入k個(gè)碼元產(chǎn)生n個(gè)碼元，它不僅僅取決于這段時(shí)間內(nèi)的N個(gè)信息位，還取決于前(N-1)段規(guī)定時(shí)間內(nèi)的信息位，參數(shù)N即為卷積碼的約束長度，移位寄存器的數(shù)目m=N-1。

卷積碼的譯碼器一般情況下使用維特比譯碼并配合軟判決。在這個(gè)條件下，隨著約束長度的提升，卷積碼的性能也有一定的提升，但是考慮到接收端在采用維特比軟判決譯碼的時(shí)候要求在進(jìn)行每次迭代時(shí)都必須遍歷2k(N-1)個(gè)狀態(tài)，并存儲(chǔ)2k(N-1)個(gè)幸存路徑。約束長度N每增加1，接收端的運(yùn)算復(fù)雜度就會(huì)增加1倍。因此卷積碼的約束長度并不是越長越好，在留有一定系統(tǒng)余量的情況下應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)募s束長度。

在約束條件確定的情況下，影響卷積碼性能的因素還有譯碼時(shí)的軟判決量化比特?cái)?shù)以及譯碼時(shí)的回溯深度。下面從這2個(gè)方面對卷積碼進(jìn)行分析。

2.1 譯碼特性之軟判決量化比特的選擇

卷積碼譯碼的判決方式分為軟判決和硬判決，軟判決的性能要比硬判決好1～1.5dB。因此在實(shí)際應(yīng)用中卷積碼的譯碼方式幾乎全部使用軟判決。在做軟判決時(shí)模擬信號難以在數(shù)字信號系統(tǒng)中處理，為了實(shí)現(xiàn)軟判決，要采用多bit量化來逼近模擬信號作為譯碼器的輸入。然而量化會(huì)帶來量化噪聲，因此量化比特?cái)?shù)會(huì)影響最終的性能。

以(2，1，11)卷積碼為例，如圖5所示。譯碼時(shí)選擇的回溯深度均為7N也就是70，采用3、4和5bit量化的軟判決性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于2bit量化。同時(shí)4bit量化相對于5bit量化性能幾乎沒有區(qū)別，而都要明顯好于3bit量化。軟判決需要用A/D轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)，隨著bit數(shù)的增加，A/D轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜度明顯增大。綜合考慮，建議在實(shí)際應(yīng)用中選用3bit量化。

圖5 不同量化比特下卷積碼誤比特性能對比

2.2 譯碼特性之回溯深度的選擇

編碼后的信息長度很大，接收機(jī)不能等到所有的信息都接收完了之后再去譯碼，而是接收一段譯一段。此接收長度即為回溯深度。

不同回溯深度下卷積碼誤比特性能對比如圖6所示，仍然以(2，1，11)卷積碼為例，當(dāng)回溯深度為50～100的時(shí)候性能變化并不大，但是都要明顯好于回溯深度為30的時(shí)候。一般選擇回溯深度為5N～10N，N為編碼器寄存器數(shù)。

圖6 不同回溯深度下卷積碼誤比特性能對比

采用硬件實(shí)現(xiàn)維特比譯碼時(shí)必須要考慮儲(chǔ)存器容量的問題。假設(shè)回溯深度為L，每一級由2k(N-1)個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)由kbit的分支取值，那么總的儲(chǔ)存量為L×k×2k(N-1)bit，相應(yīng)的路長和路徑值在最小距離譯碼下每個(gè)分支最多要求log(n)bit。所以最終需要的存儲(chǔ)容量為L×(k+log(n))×2k(N-1)。所以深度越大性能越好，但是延時(shí)越大，并且接收端需要的儲(chǔ)存器容量也越大。最終綜合考慮性能和實(shí)現(xiàn)難度，卷積碼譯碼時(shí)的回溯深度應(yīng)選擇為5N左右比較合適。

3 LDPC碼技術(shù)分析

LDPC碼是一種碼長非常大的線性分組碼，碼長一般是成百上千，甚至更長。其校驗(yàn)矩陣也很大，并且具有一個(gè)重要特征是矩陣中的非零元素非常少，即為稀疏矩陣，也就是非零元素的個(gè)數(shù)占總元素個(gè)數(shù)的比率非常小，故稱之為低密度奇偶校驗(yàn)碼。

LDPC碼具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有非常接近香農(nóng)理論界限的性能；能夠?qū)崿F(xiàn)快速編碼；在不同信道上都表現(xiàn)出良好的性能；不需要深度交織就能獲得好的誤碼性能，所以系統(tǒng)的時(shí)延比Turbo碼短；錯(cuò)誤平層大大降低。

影響LDPC編碼性能的因素有以下2種：校驗(yàn)矩陣的構(gòu)造以及譯碼方式的選取。

3.1 編碼特性之校驗(yàn)矩陣的選擇

因?yàn)長DPC碼是基于稀疏校驗(yàn)矩陣的線性分組碼，并且在實(shí)際應(yīng)用中普遍使用校驗(yàn)矩陣H直接進(jìn)行編碼。因此構(gòu)造LDPC碼實(shí)際上就是構(gòu)造校驗(yàn)矩陣H。H的結(jié)構(gòu)決定了LDPC碼的性能。構(gòu)造H的方法大致可以分為2類：隨機(jī)構(gòu)造法和結(jié)構(gòu)化構(gòu)造法。

在實(shí)際應(yīng)用中，出于對編碼復(fù)雜度以及譯碼速度等方面的考慮，一般都采用結(jié)構(gòu)化構(gòu)造校驗(yàn)矩陣H。為了便于在實(shí)際應(yīng)用中儲(chǔ)存和編碼，普遍的做法是選用準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼(QC_LDPC)以及雙對角結(jié)構(gòu)。在這方面最具有代表性的是802.16E標(biāo)準(zhǔn)中的LDPC碼。符合802.16E標(biāo)準(zhǔn)的LDPC碼在硬件實(shí)現(xiàn)上較為容易。802.16E標(biāo)準(zhǔn)的LDPC碼碼長均為24的倍數(shù)，通過改變循環(huán)矩陣的維度來改變碼長。該標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際中有廣泛的應(yīng)用。

準(zhǔn)循環(huán)校驗(yàn)矩陣H的設(shè)計(jì)思路在于首先設(shè)計(jì)出基校驗(yàn)矩陣Hb，然后將基校驗(yàn)矩陣Hb的每個(gè)元素替換為L階單位矩陣的循環(huán)右移矩陣。

以802.16E中規(guī)定的(2304，1152)LDPC碼為例，其校驗(yàn)矩陣表達(dá)式為：

式中，子矩陣Hb1的維數(shù)為12×12；子矩陣Hb2的維數(shù)為12×1；子矩陣Hb3的維數(shù)為12×11。循環(huán)矩陣的階數(shù)L=96。Hb中的每個(gè)元素代表循環(huán)右移的次數(shù)，其中-1代表全0矩陣，0代表單位矩陣。

矩陣Hb1通過相應(yīng)的算法得到，而Hb3和Hb2具有固定的結(jié)構(gòu)。

矩陣Hb3的結(jié)構(gòu)如下式所示，為雙條對角矩陣，每個(gè)非零子矩陣均為單位矩陣。

矩陣Hb2的表達(dá)式為

802.16E標(biāo)準(zhǔn)中對不同長度的LDPC碼做了比較，對于LDPC碼，編碼長度越長，性能越好。LDPC碼的優(yōu)異性能如圖7所示。

當(dāng)碼長超過2 000時(shí)，滿足誤比特率低于10-5僅僅需要不到2 dB。圖中還體現(xiàn)出來在編碼長度相近的情況下LDPC碼的誤比特性能是相近的。在實(shí)際應(yīng)用中選取LDPC編碼長度時(shí)，其性能可以參考802.16E標(biāo)準(zhǔn)中碼長相近的LDPC碼的性能。

圖7 不同長度LDPC碼性能比較

當(dāng)LDPC碼對應(yīng)的Tanner圖中存在短環(huán)時(shí)，某一節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息經(jīng)過一個(gè)環(huán)長的傳遞會(huì)被傳回本身，從而造成自身信息的疊加，破壞了獨(dú)立性的假設(shè)，會(huì)影響迭代譯碼的效果。另外，在高信噪比的情況下，環(huán)的存在使變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)之間傳遞的信息在經(jīng)過較少的迭代次數(shù)即產(chǎn)生相關(guān)性，從而準(zhǔn)確性下降形成“錯(cuò)誤平層”。因此，消除短環(huán)是LDPC校驗(yàn)矩陣設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮的問題。由Tanner圖的結(jié)構(gòu)可以知道，環(huán)長最小為4。Mackay等指出消除長度為4的環(huán)對碼的性能有很大提高，繼續(xù)消除其他長度的短環(huán)對提高碼的性能的效果越來越不明顯。不包含4環(huán)是LDPC校驗(yàn)矩陣的基本要求。

3.2 譯碼方式的選擇

按照普通線性分組碼的譯碼方式，譯碼的基本思路是先求伴隨式，再根據(jù)伴隨式求可糾正的錯(cuò)誤圖樣。假如碼長n=1 000，信息長度k=500，不同的伴隨式的個(gè)數(shù)將有2n-k=2500之多，以現(xiàn)有的技術(shù)是不能夠?qū)崿F(xiàn)的。因此LDPC碼的譯碼是基于Tanner圖的迭代譯碼：

① 首先變量節(jié)點(diǎn)接收到來自信道的初始概率信息，并將這些信息傳送給與其相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)；

② 校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)接收到來自與其相連的不同變量節(jié)點(diǎn)的信息并進(jìn)行處理，再將處理后的信息傳送給與其相連的變量節(jié)點(diǎn)；

③ 變量節(jié)點(diǎn)對校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳送來的信息處理并進(jìn)行硬判決。判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)或者與校驗(yàn)矩陣正交，二者滿足其一則停止迭代，輸出判決結(jié)果，否則重復(fù)執(zhí)行步驟②和步驟③。

迭代算法主要有置信傳播譯碼(BP)[10]、對數(shù)似然比BP譯碼算法(Log-BP)[11]、最小和譯碼算法(Min-Sum)[12]以及歸一化最小和譯碼算法(NormalizedBP-based)[13]等。普通的BP譯碼算法需要大量的乘法運(yùn)算，運(yùn)算復(fù)雜度較高；對數(shù)似然比譯碼算法把大量的乘法運(yùn)算變?yōu)榧臃ㄟ\(yùn)算，減少了運(yùn)算時(shí)間[14]，由于需要對數(shù)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度仍然很大；最小和譯碼算法是將對數(shù)似然比算法中的復(fù)雜的對數(shù)運(yùn)算簡化成了比較運(yùn)算，大大降低了譯碼復(fù)雜度，但性能有一定的損失；歸一化最小和譯碼算法在最小和譯碼算法的基礎(chǔ)上增加了一些乘法運(yùn)算，使其性能有了明顯的提升[15]。

不同譯碼方式性能比較如圖8所示，最小和算法雖然運(yùn)算量小，但是相較于對數(shù)似然比算法性能有較大的差距，歸一化最小和的性能比最小和算法有了大約0.5dB的提升，與對數(shù)似然比算法的性能非常接近。綜上所述歸一化最小和算法是比較理想的譯碼算法，在誤比特性能，復(fù)雜度上都比較合適。

圖8 不同譯碼方式性能比較

4 信道編碼性能對比

不同的信道編碼有各自的特點(diǎn)和適用場景，LDPC碼的性能要優(yōu)于BCH碼和卷積碼，但是其編譯碼復(fù)雜度也會(huì)高很多。因此選擇一種合適的信道編碼是非常重要的。

(2，1，N)卷積碼在維特比軟判決譯碼下的性能如圖9所示。在不同碼長下，碼率為1/2下的LDPC編碼的性能如圖10所示。

圖9 不同約束長度的卷積碼性能比較

圖10 不同長度的LDPC碼的性能比較

對比圖9和圖10可知，在誤比特率pe≤10-5的條件下，若采用(2，1，11)的卷積碼，其解調(diào)Eb/N0門限約為3.5dB。若采用LDPC編碼，在信息長度小于192bit時(shí)，其解調(diào)Eb/N0門限高于3.5dB，在信息長度為192bit左右時(shí)，其解調(diào)Eb/N0門限約為3.5dB。當(dāng)信息長度達(dá)到504bit左右時(shí)，其解調(diào)Eb/N0門限可降低至2.25dB以下。

BCH碼和LDPC碼的性能比較如圖11所示?？梢钥闯觯珺CH碼的誤比特性能較低，但與其他2種編碼方式相比，BCH編碼的編譯碼算法都相對簡單，更加容易實(shí)現(xiàn)。適用于對誤比特性能要求不高，需要硬件設(shè)備簡單的情況。

圖11 BCH碼和LDPC碼的性能比較

在考慮RDSS系統(tǒng)新體制中，當(dāng)用戶機(jī)的發(fā)射信號功率為1W(0dBW)時(shí)，預(yù)估入站接收系統(tǒng)的處理信號的載噪比為35dB-Hz左右。當(dāng)選擇信息速率Rb=1 kbps時(shí)，對應(yīng)的Eb/N0計(jì)算如下：

顯然，此時(shí)選擇(2，1，11)卷積編碼便可滿足系統(tǒng)誤碼率需求。但是，當(dāng)信息長度較大時(shí)，選擇LDPC編碼能獲得更大的編碼增益。

綜合考慮糾錯(cuò)性能、編譯碼復(fù)雜度、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本等因素，建議的編碼方案為：當(dāng)信息長度小于192 bit時(shí)，采用(2，1，11)卷積碼，當(dāng)信息長度大于等于192 bit時(shí)，采用LDPC編碼。

5 結(jié)束語

本文從北斗導(dǎo)航RDSS系統(tǒng)提高信號編解碼處理增益的需要出發(fā)，分別介紹了BCH碼、卷積碼和LDPC碼等3種常見的信道編碼方案，仿真比較了各編碼方案的解碼性能。仿真結(jié)果表明，對于北斗RDSS現(xiàn)代化系統(tǒng)而言，根據(jù)電文長度采用自適應(yīng)卷積碼和LDPC的編碼方案，在電文長度較短時(shí)采用卷積碼，電文長度較長時(shí)采用LDPC編碼，在提高糾錯(cuò)能力、增強(qiáng)信號接收的載噪比，優(yōu)化抗干擾能力的同時(shí)，能夠有效減小編碼器復(fù)雜度，降低硬件復(fù)雜度，是切實(shí)可行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信道編解碼方案。

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蔡建平 男，(1964—)，碩士，高級工程師。主要研究方向：衛(wèi)星導(dǎo)航。

何巍巍 女，(1979—)，碩士，高級工程師。主要研究方向：衛(wèi)星導(dǎo)航。

Research on Channel Coding in Beidou Navigation System

CAI Jian-ping1,SHU Yu-quan2,HE Wei-wei2

(1.BeijingSatelliteNavigationCenter,Beijing100094,China; 2.StateKeyLaboratoryofSatelliteNavigationSystemandEquipmentTechnology,ShijiazhuangHebei050081,China)

In view of the demand of satellite navigation system modernization,the application of high-efficiency codec technology is favourable to improve the operation performance and reliability of navigation system.This paper studies such three common channel coding methods as BCH code,convolutional code and LDPC code.The codec scheme of these three methods is introduced briefly,the coding gain is simulated and the coding performance in different parameter configuration is analyzed and compared.Based on simulation results and combined with codec complexity and message design,this paper proposes a channel coding scheme suitable for Beidou RDSS system modernization and provides analysis idea and design reference for Beidou system signal system design.

satellite navigation;channel coding;LDPC code;convolutional code;BCH code

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.05.12

蔡建平,樹玉泉,何巍巍.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中的信道編碼研究[J].無線電工程,2017,47(5):47-53.[CAI Jianping,SHU Yuquan,HE Weiwei.Research on Channel Coding in Beidou Navigation System[J].Radio Engineering,2017,47(5):47-53.]

2017-01-10

地理信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(SKLGIE2014-M-2-4)。

TN911

A

1003-3106(2017)05-0047-07