基于Simulink的DRM信道编码仿真耿钦;竺小松;陈学辟【摘要】Using Matlab,this paper designed a simulation system of DRM channel coding which use multi-level coding based on Simulink.It elaborated the feature of the combination of channel coding and modulation.This paper explained the advantage of DRM channel coding that had a low bit error rate,via the introduction of the coding scheme and the comparison with common coding and modulation.Meanwhile,the simulation system can be used as a simulation software platform for research and analysis of DRM channel coding,for the different convolutional coding and coding rate can be set in it.%本文使用MATLAB软件,提出了基于Simulink的仿真实验平台,搭建了使用多级编码方案的DRM数字调幅信道编码仿真系统。
通过对DRM使用标准映射方式下的多级编码的介绍,阐述了编码与调制技术结合的特点,说明了其信道编码的主要技术方案。
使用所设计的仿真系统与不采用编码调制的普通编码和调制方案的比较,说明了DRM信道编码有着较低的误码率的优越性。
同时该仿真系统可设置不同的卷积编码方案和不同的码率,为能够更好的进行DRM信道编码研究分析提供了软件仿真平台。
【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2011(000)009【总页数】4页(P65-68)【关键词】Simulink;DRM;多级编码;删余【作者】耿钦;竺小松;陈学辟【作者单位】解放军电子工程学院研究生2队;解放军电子工程学院威师智能电子厂,合肥230037;解放军电子工程学院研究生2队【正文语种】中文【中图分类】TN914.30 引言数字调幅广播(Digital Radio Mondiale，DRM)系统主要工作在30MHz以下频段，具有短波传输距离远、通信方式灵活、抗毁性强等优点，但同时传输带宽窄，传输数据率受限，容易受到无线信道干扰[1]。
DRM标准中定义了系统所采取的编码方案，在基于多级编码(Multi-level Coding)方案下，使用不同的映射方案对容易发生错误的比特位进行低码率信道编码，采用高码率编码在不容易发生错误的比特位上。
同时，DRM系统采用不均等保护(UEP)，对传输数据流分割成高低保护两部分，对每部分应用不同的信道编码率[2]。
Simulink作为MATLAB的仿真工具箱，可以利用框图设计系统，快速、准确地进行通信仿真[3]。
对较复杂的DRM信道编码系统，Simulink提供了直接设置参数可用的通信模块(Communication Blockset)，也可使用S-function函数增加自制模块，搭建DRM信道编码仿真系统。
本文对DRM标准定义的标准映射(Standard Mapping，SM)下的多级编码方案进行研究，并使用Simulink工具创建仿真系统进行分析。
1 DRM信道编码1.1 DRM的多级编码方案采用标准映射方案、使用64QAM调制方式时，DRM应用3级编码系统，比特位在相同的映射规则下映射到星座图的实轴部分和虚轴部分[4]，如图1所示。
图1 标准映射方案由图1可看出，对于i2位和q2位，只有两个相邻比特位不同，因此其不易发生比特错误，故可采用较高的信道编码率进行编码，对i1位和q1位使用较低的信道编码率，而采用低的编码率对i0位和q0位进行信道编码[5]。
1.2 DRM编码系统在标准映射方案和使用64QAM调制的条件下，DRM采用3级信道编码方法，如图2所示。
传输数据首先进行比特流的分割，独立进入3级编码器中进行不同码率的编码，分别映射到星座图中zi不同比特位上[6]。
图中交织部分是为了降低数据传输中发生突发性错误的概率。
图2 DRM 3级编码方案比特编码后映射满足条件：z0={i0i1i2q0q1q2}={y2,0y1,0y0,0 y2,1y1,1y0,1}，设3级编码器分别采用信道编码率为R2、R1和R0，分割后3个比特流的个数分别为n2、n1和n0，要求：对数据流传输尾部可以采用填充‘0’的方式满足映射条件。
DRM系统中定义了信道编码采用母码率为1/6，采用删余的形式产生不同的编码率，标准中提供了1/4、3/10、1/3等15种信道编码率，并给出了相应的删余形式[7]。
1.3 DRM非均等保护DRM采用了对数据进行非均等保护措施，对数据流划分为高低两部分，保护等级高的使用低信道编码率，保护等级低的采用高信道编码率，这更有利于对重要数据信息的传输，提高传输效率。
在使用多级编码方案下，对高低保护两部分应按时间顺序传输，即先传输高保护部分再传输低保护部分(在DRM标准中是以帧为单元)。
对于同一个数据流使用两种保护，会产生两种不同信道编码率的应用。
DRM对传输鲁棒模式A、B、C、D在标准映射下进行64QAM调制，定义了使用的非均等保护信道编码率见表1。
表1 不同保护级别下各级信道编码率保护级别 Rall R0 R1 R2 0 0.5 1/4 1/2 3/4 1 0.6 1/3 2/3 4/5 2 0.71 1/2 3/4 7/8 3 0.78 2/3 4/5 8/92 Simulink下DRM信道编码系统2.1 数据分割数据流要在进入编码信道前进行高低保护两部分的划分；进行多级编码前也要对比特流进行分割，以使分别进入到不同等级的编码器中。
利用Simulink的S函数，编制自定义功能模块[8]，完成对数据的分割。
本文使用MATLAB语言，设计非均等保护分割模块“UEP”和比特流分割模块“Bit Partition”。
2.2 删余卷积使用可变码率卷积码，DRM中采用了删余的形式，即用统一母码率对编码后的比特进行相应位置的删除以产生所需要的码率。
卷积码采用模块“Convolutional Encoder”，对应DRM标准下的母码率为1/6、约束长度为7的生成多项式，对卷积码形式参数项“Trellis structure”设为“poly2tr ellis(7,[133 171 145 133 171 145])”。
对应解卷积使用维特比译码方法，使用模块“Viterbi Decoder”，设置相同的“Trellis structure”。
对编码后比特删余，采用模块“Puncture”，针对所需编码率的不同设置不同的参数项“Puncture vector”。
比如在母码率1/6条件下产生3/10的码率，应按照图3所示删余格式进行，即每输入3个比特编码，产生18个比特，相应位置’1’则保留，置’0’则删除，删余后剩下10个比特，即产生3/10的信道编码率。
此时需要使用模块“Buffer”,数据缓冲后，对每输入3个比特编码后进行删余处理。
对于交织，DRM标准中给出了交织方法，本文做了简化，只对删余后每组数据进行倒序排列，即将交织模块“General Block Interleaver”的参数项“Element”设为“[n:-1:1]’”，“n”为交织单元比特数。
表2 删余形式B0 1 1 1 B1 1 1 1 B2 1 1 1 B3 1 0 0 B4 0 0 0 B5 0 0 02.3 QAM映射在DRM标准映射的方式下，采取64QAM调制，其比特映射方案如图1所示。
使用模块“Rectangular M-QAM”，设定参数项“M-aray number”为64。
改变比特映射顺序，使用星座图顺序“Constellation ordering”下的自定义方式“User-defined”，并在星座图映射参数项“Constellation mapping”中填入相应的向量形式满足DRM映射要求。
3 仿真分析使用Simulink仿真平台，搭建DRM信道编码系统，按照上面介绍的主要模块的设置，采用工作空间中自己定义的二进制数据源，在高斯信道下进行仿真分析，如图3所示。
数据流首先被划分为高低保护两部分，先后进入信道编码器。
比特流分割成3个子流，分别在3级编码器中进行信道卷积编码，由删余模块实现不同的编码率。
比特交织后，以标准映射方式进行64QAM调制。
接收部分是发送的逆过程，主要包括解调、解交织、插’0’和解码等。
数据在高斯信道条件下进行传输，为了说明DRM使用的多级编码与数据使用单一编码率，仿真条件设置为在均等保护下，使用表1中保护等级1下的信道编码方案，与使用信道编码率为0.6的普通编码和调制方案，其信噪比与误码率的关系见图4。
由图4可以看出，采用DRM的3级编码调制方案，使映射到星座图中容易发生错误比特位进行低码率信道编码，不易发生错误的比特位进行高码率信道编码，在总码率与单一信道编码方案码率相同时，DRM编码调制的误码率要优于普通编码和调制的方案。
图3 Simulink下的DRM标准映射方式信道编码仿真系统图4 两种方案误码率的比较4 结束语本文使用Simulink实验仿真平台，搭建了DRM系统在标准映射下使用64QAM 调制的3级编码方案仿真模型，并在均等保护条件下，与普通编码和调制方案做了分析比较，表明了DRM所采用多级编码的优越性。
在基于本文的基础上，可以搭建DRM在对称分层映射和混合分层映射条件下的仿真模型，进一步对数据高低保护传输做出分析。
建立上述一系列的仿真平台，能够更好地对DRM数据的信道编码进行研究。
参考文献[1]DRM 官方网站 HYPERLINK . .[2]European Telecommunications Standards Institute:Digital Radio Mondiale (DRM), System Specification ETSI TS 201 980,2008.[3]邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].北京:清华大学出版社,2008:277-325.[4]黄文海,李丰.数字调幅广播系统开发中星座映射图的选择[J].南阳师范学院学报,2007,6(9):35-37.[5]袁东风,张海霞.编码调制技术原理及应用[M].北京:清华大学出版社,2006:40-42.[6]王慧慧,徐伟掌,侯亚辉,吕锐.DRM系统信道编码原理及软件实现[J].北京广播学院学报:自然科学版,2004,11(3):37-42.[7]高新颖，袁东风，高春燕.基于新型距离度量的多级编码在MQAM调制中的应用[J].山东大学学报:理学版,2004,39(1):84-88.[8]邵佳，董辰辉.MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2009:46-81.。