摘 要： 卫星通信作为一种无线应急通信手段原来越受到人们的重视，近年来随着卫星技术的发展卫星通信向小型化和高频段方向不断发展，工作于Ka频段或者更高频段的卫星通信系统逐步得到发展和逐步使用。在此通过卫星通信系统中不同级联编码在Ka频段信道模型的基础上，对几种级联编码方式进行了分析研究和LabVIEW仿真。通过仿真可以得出级联码系统在高频段上可以获得更低的误码率和更好的性能。
关键字： 卫星级联编码； 高频段通信； 卫星通信； LabVIEW
中图分类号： TN919.2⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）16⁃0105⁃02
随着无线技术和空间技术的不断发展，卫星通信天生作为一种应急通信手段被广泛使用在各个通信领域中。但近年来，卫星通信随着卫星频率资源的短缺而面临着很多矛盾，于是人们开始向更高频段的Ka（20～30 GHz）方向进行研究和发展， 工作于Ku频段或者更高频段Ka的卫星通信系统逐步得到发展和逐步使用。在高频段下卫星通信设备可以小型化、智能化和数字化，但是在高频段下信号受到雨衰、干扰等各种因素影响更加大，为了能保障信号的质量和降低数字信号的误码率，因此就需要对数字信号的编码方式进行合理调整，从而提高对数字信号的纠错和检错的能力，确保在高频段下通信的正常进行。然而在高频段下卫星通信如何选择效率比较高的内码和纠错性能比较好的外码是各个学者研究的焦点和需要关注的重点，而其性能的研究也得到了大家的广泛关注[1]。LabVIEW软件是NI公司研发的一套图形编程语言，广泛应用在信号处理和数字建模中，特别是该软件提供了大量的信道通信模型，用户可以方便地通过这些信道模型的引用来仿真高频段信号，因此本文通过对各系统性能的分析和比较，通过LabVIEW中提供的不同卫星信道模型建模，分析了不同频段中编码的性能并进行了比较，同时也对在Ka频段中不同编码方式的性能进行了仿真。
1 仿真模型的建立
卫星通信信道是一个远距离的衰减变化的无线信道，因此为了能保障数字信号能在整个信道的可靠传输，必须利用适合于卫星信道传输的数字编码技术。对于C波段和Ku波段的卫星通信系统有效抵抗信道衰落的措施之一就是采用前向纠错编码技术（FEC），国际组织对于该频段的FEC标准也是采用了编码增益高、译码器实现又不太复杂的级联编码方式，而且外码均为RS码，内码则分别采用卷积码或者TCM方式，另外为了消除Viterbi译码器的突发错误，两者都采用了外交织器。适合于卫星通信的不同方式的级联码编码方式的的性能不同文章对其进行了分析和仿真，与C和Ku频段相比更高频段的Ka卫星通信中，大气层将会引起信号的额外衰落，这些衰落不仅是频率的函数，而且还是位置、仰角、季节的可行性函数[2]。为了比较卫星系统不同编码的性能，各种适合于卫星信道的编码方式都进行了研究和仿真[3⁃4]。通过LabVIEW软件中提供的不同信道模型来对这些级联编码进行不同的仿真分析，其中内交织器和解交织器用来仿真Ka频段的性能，其余用来仿真C波段和Ku波段的性能。据此，可以建立采用级联码的不同频段（Ka频段采用内外交织器图1中虚线部分）卫星通信系统模型框图如图1所示。
2 编码的软件仿真
对于高频段的卫星数字信号在实际硬件仿真中往往需要构建一个比较庞大的仿真环境，这需要一定的专业仿真器件，同时也需要模拟转发器来实现其价格比较昂贵，因此许多科技人员通过MatLab等仿真语言进行了一定的模拟仿真[4]，但对于整个不同信道的仿真软件运用的还不够好，因此可以通过LabVIEW软件来比较容易地构建不同频段的卫星信道模型来进行软件仿真，这样可以方便清楚地了解不同频段下卫星编码的性能和特点。
2.1 LabVIEW中级联编码的构建
研究和仿真不同级联编码方式的性能，就是要有合适的仿真模型和逼真的信道模型，而LabVIEW软件中提供了比较多的通信系统模块，特别是对于卫星通信信道的仿真可以更加趋于实际化[5]。LabVIEW图形化信号处理平台由千余个信号处理、分析与数学运算函数组成的信号处理与数学函数库组成，包含小波变换、时频分析、图像处理、滤波器设计、声音与振动、系统辨识、RF分析等专业方法的工具包，可与NI硬件的无缝结合，使算法得到快速验证与部署[6]。 因此本文结合LabVIEW提供的不同信道模型对以下方式进行了模拟仿真。图2为引用软件中的信道模型的一个典型步骤，用户可以根据不同的信道来选择，从而确保能在比较类似的环境中进行仿真研究。
2.2 采用RS（255，233）外码，内码为（2，1，7）在三个频段下的性能仿真
卫星信道中有很多因素影响数字信号的传输，具有一定的突发错误，再加上卫星信道的长时间延迟，因此对于纠正突发错误要有很高的要求，因此为了能在卫星通信中使用的编码都应该具有很强的纠错能力。根据这样的特点，在LabVIEW中选择RS为卫星信道的外码，内码采用卷积编码的方式通过采用Ka频段方式[7]的仿真和采用C波段及Ku波段的信道模型通过对比其误码性能图如图3所示。
从图中可以清楚地看到，在相同Eb/N0的情况下，Ka波段的误码性能要明显低于Ku波段和C波段，同时在无雨天的情况下在保持同样的误码率的情况下，Ka波段比Ku波段的要低于3.5 dB的信号，这样也就说明了在Ka波段情况下卫星的天线尺寸可以做地更加小。
3 结 语
在高频段下信号的性能和指标都会受到频率、幅度、相位等各种因素的影响，为了能进一步说明在高频段的性能本文通过对卫星通信系统中级联编码在不同频段下的性能进行了LabVIEW仿真，分析及仿真结果表明：在相同信噪比和同等级联编码情况下的情况下使用高频段可以进一步降低误码率提高系统的频带利用率，同时对与在Ka波段情况下采用内分组交织器可以进一步提高系统性能。同时通过单位不同频段编码效果的使用上来看，高频段的设备使用效能更加明显。
参考文献
[1] 王爱华，罗伟雄.Ka频段固定卫星通信系统编码方式[J].北京理工大学学报，2002（11）：169⁃174.
[2] 王坤，张青春.Ka频段固定卫星信道编码技术研究[J].微型计算机信息，2007（6）：126⁃127.
[3] 张威，徐熙宗.RS级联编码在超短波通信与卫星通信信道的仿真分析[J].通信技术，2009（2）：27⁃29.
[4] 张振权，罗新民.RS⁃Turbo级联码的性能仿真及其在图像传输中的应用[J].现代电子技术，2005，28（24）：94⁃96.
[5] 邵琦，杨絮.基于LabVIEW的FSK调制解调仿真设计[J].科技创新导报，2010（18）：45⁃46.
[6] 杨乐平，李海涛.LabVIEW程序设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2005.
[7] 陆健，肖志东.Ka频段卫星通信的自适应调制编码方案设计与仿真[J].数字技术与应用，2009（1）：11⁃12.
