武警短波通信纠错编码技术研究
摘要：武警短波通信具有设备简单、机动性好、通信距离远等诸多优势，是武警部队通信保障的“保底工程”。而短波信道是变参信道，存在误码率高的问题。文章通过分析三种常用的纠错编码技术：RS 码、卷积码、Turbo 码，并建立 Simulink仿真模型，论证 Turbo 码纠错性能最佳，能够满足武警部队通信保障需求。
关键词：纠错编码短波通信；武警部队
中图分类号：TN911.22 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0211-02.
1 武警短波通信及纠错编码技术发展概述
短波通信因其具有通信距离远、机动灵活、可迅速开通、网络重构方便快捷等特点，是武警部队通信保障的重要方式之一。武警部队通信能力在 30 多年的发展中不断提升，短波通信已由 1G-ALE 经过 2G-ALE 发展到了 3G-ALE。我国亦能生产性能较为优良的短波电台，例如：TCR-154A 型短波数字化电台、XD-D311 型 20W短波跳频自适应电台等等。但是，目前武警部队 80%以上的短波电台依然是TRC-80 定频电台，在通信过程中，面临着通信质量差、易通信中断、在恶劣环境条件下无法进行通信的难题。
由于短波通信依靠不稳定的电离层反射无线电波实现通信，短波通信的信道存在干扰复杂、衰落严重、多径传播等特性，使得实现可靠有效的短波通信技术变得复杂，难度增大。
为了提高短波通信的可靠性，纠错编码技术应运而生。经过半个多世纪的发展，不断涌现出各种信道编码方案，其性能离Shannon 极限值也越来越近。目前应用较多的纠错编码技术包括 RS 码、卷积码、Turbo 码。
2 常用的纠错编码技术原理
2.1 RS 码
RS 码是一种线性分组码，具有纠错能力强、编码简单、构造方便、编译码设备简易的优点[1]。RS 编码实际上就是：将待发送的 k 位码元 i (x)转为可被 G (x)除尽的 k ＋ r 个码元多项式 c (x)。因此，在进行解码的时候，利用所接收数据除以生成多项式，便可判断信息传输过程中是否发生了错误。当二者相除余数不为 0，则无错，若为 0，则有错。
2.2 卷积码
卷积码是一种非分组码，具有记忆特性，能更好地对通信过程中出现的误码进行纠正，是一种有效的编码。用字母n 代替编码器输出比特，字母 k 代替编码器输入的比特（一般取 1），字母 L 表示编码器长度，可将卷积码记为(n，k，L)。
卷积码编码后的 n 个码元不仅与当前组的 k 个信息比特有关，而且与前 L 个输入组的信息比特有关[2]。R=k / n 是卷积码的码率，R 和 L 是衡量卷积码的两个重要参数。卷积码编码的性能与其序列对间最小距离的大小息息相关。编码时，究竟如何选择能得到具有良好距离特性的连接方式，是一个复杂的问题，尚未有通用的准则，不过借助计算机搜索已经找到了所有约束长度小于 20 的好的编码。对于卷积 码的译码方式而言，概率译码以及代数译码是其两种基本译码方式[3]。Viterbi 译码方案是最常用的译码方法，属于概率译码方式。
2.3 Turbo 码
在 1993 年，法国不列颠通信大学两位教授 C. Berrou、A.
Glaviex和他们的缅甸籍博士生P.Thitimajshima瑞士日内瓦召开的国际通信会议上，首次提出了一种新型信道编码方案——Turbo 码，由于它很好地应用了 shannon 信道编码定理中的随机性编译码条件，从而获得了几乎接近 Shannon 理论极限的译码性能[4]。Turbo 码又称并行级联卷积码，它巧妙地将卷积码和随机交织器结合在一起，在实现随机编码思想的同时，通过交织器实现了由短码构造长码的方法，并采用软输出迭代译码来逼近最大似然译码。可见，Turbo码充分利用了Shannon信道编码定理的基本条件，因此得到了接近 Shannon 极限的性能[5]。
3 短波通信纠错编码技术仿真分析
为比较三种纠错编码技术性能，采用Matlab中的Simulink模块进行仿真分析。三种纠错编码的仿真模型如图所示。
图 1 RS 码 Simulink 仿真模型
图 2 卷积码 Simulink 仿真模型
图 3 Turbo 码 Simulink 仿真模型
运行模型，改变信道参数，得出不同纠错编码技术的性能，如表 1 所示。
表 1 不同纠错编码技术的性能比较
由表 1 可以看出，RS 码、卷积码在 Rayleigh 信道中误码率较高，不能满足武警部队短波通信需求，而 Turbo码的误码率达到了 10-4 数量级，显示了优异的纠错性能。
4 结论
本文介绍了三种重要的纠错编码方式：RS码、卷积码、Turbo 码，通过建立 Simulink 仿真模型，可以看出，Turbo 码具有优越的纠错性能，不仅在信噪比较低的高噪声环境下性能优越，而且具有很强的抗衰落、抗干扰能力。武警部队遂行任务的多样性及通信保障工作的复杂性，迫切地需要将Turbo码等高纠错性能编码方式应用于短波电台中。目前，应用较多的是 RS 码、卷积码，亟待发展 Turbo 码与现有装备技术的结合应用。
参考文献：
[1] 党百振.一种二级级联纠错编码的设计与分析[J].移动通信,2013(14):74-77.
[2] 郑翊.卷积码在 OFDM 系统中的性能分析及仿真[J].无线电通信技术,2013,6(39): 44-47.
[3] 李校娟.卷积码的译码算法研究[D].西安:电子科技大学,2013.
[4] 梁福来.Turbo 码译码算法及交织器的研究[D].燕山大学,2013.
[5] 姜娜娜.基于 Turbo 码的信道编译码方法研究[D].东北大学,2014.
