摘 要： 介紹了CCSDS標(biāo)準(zhǔn)的刪除卷積碼的編譯碼原理，以理論推導(dǎo)出的等效校驗(yàn)矩陣為先驗(yàn)知識，通過構(gòu)造線性方程組，識別出刪除卷積碼的刪除圖案和碼頭，進(jìn)而提出了一種刪除卷積碼的盲解碼方法。仿真結(jié)果表明，在信噪比大于5 dB的加性高斯白噪聲信道中，能實(shí)現(xiàn)所有CCSDS標(biāo)準(zhǔn)刪除卷積碼的盲解碼。
關(guān)鍵詞： CCSDS；刪除卷積碼；盲解碼
在空間數(shù)據(jù)通信中，由于噪聲干擾及信號衰落等因素的影響，通信質(zhì)量得不到保障。為此，通常采用信道編碼技術(shù)來降低傳輸中的誤碼率，提高通信質(zhì)量。國際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems)根據(jù)空間數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)，制定了適合空間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺谰幋a標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定的刪除卷積碼是通過刪除(2，1，6)卷積碼的碼字中某些特指位置的碼元而得到的，具有編碼方式靈活、帶寬利用率較高、編碼冗余較低等特點(diǎn)，在空間數(shù)據(jù)通信中得到了廣泛的應(yīng)用。美國國防部的天基紅外系統(tǒng)SBDRS-High、法國國防部的衛(wèi)星星座ESSAIM、英國國防部的戰(zhàn)術(shù)光學(xué)衛(wèi)星TopSae等[1]都采用了CCSDS的編碼標(biāo)準(zhǔn)。
在空間數(shù)據(jù)信號截獲分析領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)CCSDS標(biāo)準(zhǔn)的刪除卷積碼的盲解碼，主要是要知道刪除卷積碼的刪除圖案和刪除位置。參考文獻(xiàn)[2]中介紹了一種對(2，1，6)卷積碼的識別和碼字同步方法，可以將這種方法推廣到刪除卷積碼中。參考文獻(xiàn)[3]介紹了一種對刪除卷積碼的刪除圖案的識別方法，但不能識別碼頭。本文對此方法加以改進(jìn)，通過理論推導(dǎo)得出刪除卷積碼的等效校驗(yàn)矩陣，再以等效校驗(yàn)矩陣為先驗(yàn)知識，來識別刪除卷積碼的參數(shù)，并進(jìn)一步提出了刪除卷積碼的盲解碼方法。
1 CCSDS刪除卷積碼編譯碼原理
1.1 編碼原理
1.2 譯碼原理
刪除卷積碼的譯碼過程是：將接收的碼序列安裝發(fā)送端的刪除圖案，在刪除圖案為“0”的位置插入“0”，然后輸入(2，1，6)卷積碼的Viterbi譯碼器進(jìn)行譯碼[5]，刪除卷積碼的譯碼框圖如圖2所示。在分析截獲的刪除卷積碼時(shí)，并不知道刪除圖案，同時(shí)也不能確定截獲的碼段的起始位置即為發(fā)送碼字的起始位置，進(jìn)而即使在知道刪除圖案的情況下也不能明確插入比特的位置。因此，實(shí)現(xiàn)刪除卷積碼的盲解碼的關(guān)鍵是識別刪除圖案和定位刪除位置。
2 CCSDS刪除卷積碼的盲解碼方法
2.1 刪除卷積碼的等效校驗(yàn)矩陣
參考文獻(xiàn)[6]中，通過將碼率為(n0-1)/n0的刪除卷積碼等效成碼率為(n0-1)/n0的卷積碼，按照求解卷積碼校驗(yàn)矩陣的方法，求得刪除卷積碼的等效校驗(yàn)矩陣，并且證明每個(gè)碼率為(n0-1)/n0的刪除卷積碼只有唯一的等效校驗(yàn)矩陣。采用這種方法，可以求得CCSDS標(biāo)準(zhǔn)的刪除卷積碼的等效校驗(yàn)矩陣，如表2所示。由于等效校驗(yàn)矩陣與各種刪除圖案是一一對應(yīng)的，因此，可以將對刪除圖案的識別轉(zhuǎn)化為對等效校驗(yàn)矩陣的識別。
3 仿真結(jié)果分析
選取碼率為r=2/3的CCSDS標(biāo)準(zhǔn)的刪除卷積碼來驗(yàn)證上述算法。假設(shè)信息序列M=1011100011…經(jīng)過編碼后得到r=2/3刪除卷積碼C=111000101011111…。如果截獲到的數(shù)據(jù)為C′=00101011111…，應(yīng)用MATLAB進(jìn)行仿真。由于并不知道編碼存儲，取較大的L=8，n0從8開始取值，取到n0=3時(shí)，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。
本文分析了CCSDS標(biāo)準(zhǔn)的刪除卷積碼的編譯碼原理，給出了該類刪除卷積碼的等效校驗(yàn)矩陣，并利用等效校驗(yàn)矩陣與各種碼率間唯一對應(yīng)的特點(diǎn)，提出了一種盲解碼的方法。仿真結(jié)果表明，該方法在信噪比較低的信道中也能實(shí)現(xiàn)盲解碼，稍加修改還可以推廣到其他碼率為(n0-1)/n0的刪除卷積碼的盲解碼上，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1] 譚維熾，顧瑩琦.空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2004.
[2] 眭惠巧.基于校驗(yàn)矩陣的卷積碼識別和碼字同步[J].無線電通信技術(shù)，2008，34(1)：26-28.
[3] 韓國賓.刪除卷積碼的識別技術(shù)[D].成都：電子科技大學(xué)，2009.
[4] CCSDS 131. 0-B-1 Blue Book. TM synchronization and channel coding[S]. CCSDS Press， 2003.
[5] CAIN J B. Punctured convolutional codes of rate (n-1)/n and simplified maximum likelihood decoding[J]. IEEE Trans. on IT， 1979(1):97-100.
[6] 陳發(fā)新.刪除卷積碼生成矩陣及最簡信息恢復(fù)式的求法[J].無線通信技術(shù)，2009(2):5-10.
[7] 王新梅，肖國鎮(zhèn).糾錯(cuò)碼—原理與方法[M].西安：西安電子科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001.
[8] 陳大新.矩陣?yán)碚揫M].上海:上海交通大學(xué)出版社，1997.