施意++楚娟++孙雅琴

摘要：甚低频通信系统主要用于远距离通信，且传输质量较为稳定，但是在雷暴天气下容易受大气噪声影响，大气噪声在甚低频通信信道主要产生突发干扰，本文通过甚低频通信系统采用汉明编码纠错方案在大气噪声背景下传输的仿真及分析研究长波目标指示系统提高纠错能力的可行性。通过对传输信息编码是提高传输可靠信道的主要手段，针对传输信道的特性选择合适的信道编码方式提高纠检错能力是需要研究的问题。

关键词：汉明编码 通信系统仿真 甚低频

中图分类号：TN914.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0030-02

1 引言

甚低频通信系统由于其传输的稳定性及较远的传输距离，在远距离通信特别是远海通信成为重要的信息传输保障手段。甚低频通信系统的传输信道不同于一般通信方式，其传输信道极易受大气噪声干扰。通过对传输信息编码是提高传输可靠信道的主要手段，针对传输信道的特性选择合适的信道编码方式提高纠检错能力是需要研究的问题。

2 甚低频通信系统的信道特性及模型

在甚低频频段内，甚低频通信系统传输性能受到大气噪声的强烈影响，该频段噪声的主要来源是与雷电现象相关的大电流脉冲，在特定地理位置上的噪声被看作由所有雷暴区，特别是强海洋雷暴区产生的噪声辐射经传播后的叠加。

2.1 大气噪声的模型

大气噪声模型的主要目的是能够准确地预测工作在大气噪声中的长波目标指示系统的性能，因此在对大气噪声建模时，主要侧重于它与真实噪声在统计特性上的吻合。对大气噪声的测量数据指出，这种噪声在低振幅部分具有高斯特性，在高振幅部分具有近似于指数正态分布的包络。由于较高的振幅对任何通信系统的性能都具有较大的影响，因此模型侧重于大气噪声的指数正态特性。用以下形式将大气噪声模拟为一个具有指数正态包络的窄带过程：

（1）

其中n（t）是一个实平稳高斯过程，其均值为0，方差为σn2。A是一个常量（由噪声功率估计确定），θ（t ）是随机相位过程，它独立于高斯过程n（t ）。对大气噪声瞬时频率分布的测量结果表明，θ（t ）与窄带高斯噪声的频率分布相似，也就是说，即使大气噪声的包络分布与高斯噪声在大包络值时相当不同，但它们的相位和频率分布却十分类似。因此假定θ（t ）具有类似于窄带高斯过程的相位的特性。这意味着在任何给定的时刻t0，相位θ（t0 ）为一个均匀分布于[0，2π]上的随机变量，并且它独立于包络。

大气噪声的指数正态窄带噪声模型由公式1给出。噪声的包络为

E（t）=Aen（t） （2）

考虑包络的平均电压和rms电压。平均电压为

（3）

rms包络电压为

（4）

定义电压偏差Vd为

（5）

对Vd的认识给出了σn2的值，而Vd的值在国际无线电咨询委员会（CCIR）报告中被估计出。

2.2 甚低频通信系统信道仿真模型

如果把每一个雷电当作一个发射机，对于长波目标指示系统接收终端而言，大气噪声就是若干个处于世界不同位置和时间的发射机所发信号的总和。而发射机的发射时间、地理位置都是随机的。因此，在仿真中长波目标指示系统的信道干扰可看作是由背景噪声和脉冲噪声相加得到

（6）

式中，是总噪声，可看作是两个独立的随机过程之和；是背景噪声，可看作方差为σ02 的高斯随机过程；是脉冲部分，为低密度散弹噪声过程。仿真模型如图1所示。

2.3 汉明编码纠错方案

汉明码是1950年由汉明首先构造，用以纠正单个错误的线性分组码。仿真采用的是（7，4）汉明编码，最小码距为m=n-k=7-4=3，其纠错能力为1。在系统中将目标指示信息每4个信息码编为7个信息码，通过后三位监督位检测传输是否发生错误，若错误不多于1个则可纠错。

编码生成矩阵为

（7）

译码过程就是确定错误图样的过程，在接收端，（7，4）汉明码存在27=128种可能的错误图样。而校正子S则有8种图样，通过公式S=r·HT计算后可得到24=16个错误图样，最后从这16个图样中选取码重最小的图样。纠错后的输出码序列为

Y=r+e （8）

式中：Y为纠错输出码序列，r为可能含有错误码的接收序列，e为16种错误图样中码重最小的图样。

3 仿真结果及分析

仿真中分别采用Vd=1、5、10的大气噪声对长波目标指示系统进行干扰，通过对比汉明编码与非汉明编码的误码率分析汉明编码对长波目标指示系统性能的影响。如图2所示。

图2（a）为高斯白噪声背景下的长波目标指示系统仿真误码率曲线图，图2（b）、（c）、（d）分别为V=1、5、10时的长波目标指示系统仿真误码率曲线图。由图2分析可知当V=1、V=5时，采用汉明编码的长波目标指示系统能在8dB信噪比以下够有效的降低误码率到10-6，满足系统实际需求。当V=10时，要使系统误码率降至10-6，信噪比需要8dB以上，超过了现有发射台的最大功率，而8dB以下的信噪比系统误码率无法满足目标指示信息传递的最低需求，影响了接收效果。

4 结语

通过仿真实现甚低频通信系统系统采用汉明编码纠错方案在一般强度大气噪声下引起的突发错误的纠错，但是在极端天气下无法满足现有传输需求，要想提高传输性能需要进一步改进编码技术或硬件条件。

参考文献

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