一种对CCSDS删除卷积码的盲解码方法

摘 要： 介绍了CCSDS标准的删除卷积码的编译码原理，以理论推导出的等效校验矩阵为先验知识，通过构造线性方程组，识别出删除卷积码的删除图案和码头，进而提出了一种删除卷积码的盲解码方法。仿真结果表明，在信噪比大于5 dB的加性高斯白噪声信道中，能实现所有CCSDS标准删除卷积码的盲解码。
关键词： CCSDS；删除卷积码；盲解码

在空间数据通信中，由于噪声干扰及信号衰落等因素的影响，通信质量得不到保障。为此，通常采用信道编码技术来降低传输中的误码率，提高通信质量。国际空间数据系统咨询委员会CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems)根据空间数据通信的特点，制定了适合空间数据传输的信道编码标准，其中规定的删除卷积码是通过删除(2，1，6)卷积码的码字中某些特指位置的码元而得到的，具有编码方式灵活、带宽利用率较高、编码冗余较低等特点，在空间数据通信中得到了广泛的应用。美国国防部的天基红外系统SBDRS-High、法国国防部的卫星星座ESSAIM、英国国防部的战术光学卫星TopSae等[1]都采用了CCSDS的编码标准。
在空间数据信号截获分析领域中，实现CCSDS标准的删除卷积码的盲解码，主要是要知道删除卷积码的删除图案和删除位置。参考文献[2]中介绍了一种对(2，1，6)卷积码的识别和码字同步方法，可以将这种方法推广到删除卷积码中。参考文献[3]介绍了一种对删除卷积码的删除图案的识别方法，但不能识别码头。本文对此方法加以改进，通过理论推导得出删除卷积码的等效校验矩阵，再以等效校验矩阵为先验知识，来识别删除卷积码的参数，并进一步提出了删除卷积码的盲解码方法。
1 CCSDS删除卷积码编译码原理
1.1 编码原理

1.2 译码原理
　 删除卷积码的译码过程是：将接收的码序列安装发送端的删除图案，在删除图案为“0”的位置插入“0”，然后输入(2，1，6)卷积码的Viterbi译码器进行译码[5]，删除卷积码的译码框图如图2所示。在分析截获的删除卷积码时，并不知道删除图案，同时也不能确定截获的码段的起始位置即为发送码字的起始位置，进而即使在知道删除图案的情况下也不能明确插入比特的位置。因此，实现删除卷积码的盲解码的关键是识别删除图案和定位删除位置。

2 CCSDS删除卷积码的盲解码方法
2.1 删除卷积码的等效校验矩阵
　 参考文献[6]中，通过将码率为(n0-1)/n0的删除卷积码等效成码率为(n0-1)/n0的卷积码，按照求解卷积码校验矩阵的方法，求得删除卷积码的等效校验矩阵，并且证明每个码率为(n0-1)/n0的删除卷积码只有唯一的等效校验矩阵。采用这种方法，可以求得CCSDS标准的删除卷积码的等效校验矩阵，如表2所示。由于等效校验矩阵与各种删除图案是一一对应的，因此，可以将对删除图案的识别转化为对等效校验矩阵的识别。

3 仿真结果分析
选取码率为r=2/3的CCSDS标准的删除卷积码来验证上述算法。假设信息序列M=1011100011…经过编码后得到r=2/3删除卷积码C=111000101011111…。如果截获到的数据为C′=00101011111…，应用MATLAB进行仿真。由于并不知道编码存储，取较大的L=8，n0从8开始取值，取到n0=3时，计算结果如图4所示。

本文分析了CCSDS标准的删除卷积码的编译码原理，给出了该类删除卷积码的等效校验矩阵，并利用等效校验矩阵与各种码率间唯一对应的特点，提出了一种盲解码的方法。仿真结果表明，该方法在信噪比较低的信道中也能实现盲解码，稍加修改还可以推广到其他码率为(n0-1)/n0的删除卷积码的盲解码上，具有较高的实用价值。
参考文献
[1] 谭维炽，顾莹琦.空间数据系统[M].北京：中国科学技术出版社，2004.
[2] 眭惠巧.基于校验矩阵的卷积码识别和码字同步[J].无线电通信技术，2008，34(1)：26-28.
[3] 韩国宾.删除卷积码的识别技术[D].成都：电子科技大学，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] 陈发新.删除卷积码生成矩阵及最简信息恢复式的求法[J].无线通信技术，2009(2):5-10.
[7] 王新梅，肖国镇.纠错码—原理与方法[M].西安：西安电子科学技术大学出版社，2001.
[8] 陈大新.矩阵理论[M].上海:上海交通大学出版社，1997.