DVB-S2的纠错编码技术.PDF

DVB-S2 的纠错编码技术 李娟 门爱东 本文作者李娟女士，中国东方通信卫星有限责任公司工程师；门爱东先生，北京邮电大学电 信学院多媒体通信中心教授。 关键词：DVB-S2 编码 BCH LDPC 双向图 迭代译码 DVB-S2 编码方案概述 随着数字通信技术和大功率卫星技术的 发展，欧洲 DVB 组织在第一代 DVB-S 的基 础上，又制定了第二代卫星数字视频广播系统 标准，即 DVB-S2 。为了在恶劣的卫星信道中 可靠地传输信息，如同 DVB-S 标准，DVB-S2 的信道纠错编码也采用了内码和外码的级联 纠错编码，但具体的编码算法不同。DVB-S2 的编码模块由外码 BCH 、内码 LDPC(Low Density Parity Check)和比特交织三部分组成， 如图 1 所示。 DVB-S2 的纠错编码部分的数据帧结构如图2 所示，输入为Kbch bit 的基带帧(BBFrame)， 输出为 nldpc bit 的纠错编码帧(FECFrame) 。外码BCH 的校验位(BCHFEC)附加在 BBFrame 后面，而内码 LDPC 的校验位(LDPCFEC)将附加在 BCHFEC 域后面。 为了适应不同的应 用情况，DVB-S2 标准 设置了两种纠错编码 帧的长度：64800 比特 和 16200 比特，分别称 为正常FECFrame 和短 小 FECFrame ，代表 LDPC 纠错编码后的码 字长度。不同码长的 BCH 和 LDPC 码组合，得到了各种编码码率，分别为 1/4、1/3、2/5、 1/2、3/5、2/3 、3/4、4/5 、5/6、8/9、9/10 等。DVB-S2 系统具体的纠错编码参数见表 1 和表 2 。 外码 BCH BCH 码是 1959 年 B.C. Bose 、D.K. Ray-Chandhari 和 A. Hocquenghem 发明的一类能纠 多个随机错误的循环码，有严格的代数结构，在短、中等码长下其性能接近理论值。BCH 码是用一个域GF(2m) 中的n 级元素α 的 d-1 个连续幂次为根的多项式生 成的循环码。一个纠 t 个符号错误的 BCH 码有如下参数： n=2m-1 dmin=2t+1 n-k ≤mt 为了适应传输帧结构的长度，在 实际系统中可以采取缩短的 BCH 码。 BCH 码纠错能力强，构造方便， 编/译码方法简单，在许多领域得到 了应用，比如在目前国际数字电视标 准中广泛使用的 RS 码就是一类多进 制 BCH 码。 BCH 码在 DVB-S2 中用作外码。 纠 t 个错误的 BCH 编码器的生成多 项式是通过把表 3 中前t 个多项式相 乘而得到的。BCH 编码参数如表 3 和表 4 所示。 内码LDPC LDPC 编码原理 1963 年 Robert Gallager 在其博 士论文中提出了规则 LDPC 码，但因当时未能有效地实现而一度沉寂，在 90 年代 Turbo 码 热潮中获得了新生，1995 年 Mackyay DJ 和 Neal RM 重新介绍了 LDPC 而使之成为热点。 LDPC 码是很长的线性分组码，其校验矩阵 H 是稀疏矩阵，即 H 由大量的0 和小量的 1 组成。每个码字满足一定数目的线性约束，而约束的数目非常小，易于译码。 (1)规则 LDPC 码 Robert Gallagher 定义的(n, p, q)LDPC 码是码长为 n 的码字。在它的校验矩阵H 中，每 行和每列中 1 的数目(码重)是固定的，每一列中 1 的个数(重量)都是γ，每一行的个数(重量) 都是ρ，γ≥3 。任意两行(或两列)之间 1 的重叠数目≤1，称之为行列约束(Row-Column Constraint) 。如果校验矩阵 H 的每一行是线性独立的，那么码率 r=(ρ-γ)/r ，否则码率 r=(ρ-γ)/ρ， 其中γ是校验矩阵 H 中行线性独立的数目。 图3 是由 Robert Gallagher 构造的一个(20,3,4)LDPC 码的校验矩阵，它的 dmin=6 ，设计码 率为 1/4，实际码率为 7/20 。这种校验矩阵中，每行和每列中 1 的数目(汉明重量)相同的 LDPC 码被称为规则 LDPC 码(Regular LDPC Code) 。由规则LDPC 码的校验矩阵 H 得到如图 4 所