基于CCSDS标准的卫星遥控LDPC编码方案探讨

随着天地一体化及遥控可靠性需求的不断提高,传统卫星遥控标准中广泛采用的BCH码很难满足未来卫星遥控链路复杂多样的需求。为此,文章将卫星遥控指令分为短指令模式和内存上注指令模式两大类,设计低密度奇偶校验(LDPC)编码方案。对于帧长较短的遥控指令,采用3种码长较短的LDPC码,与目前空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥控标准推荐的BCH(63,56)码相比,在误码字率为10~(-5)量级时,可以额外获得4～6dB的增益。对于大数据量的内存上注指令,应用现有CCSDS遥测标准推荐的LDPC(8160,7136)编码方案,当误码字率为10~(-5)量级时,所需信噪比(Eb/N0)约为3.8dB,编码增益约为7dB。为了实现LDPC编码方案,文章设计了与BCH码相似的协议格式,改动量较小且具有良好的兼容性,不会对已有遥控系统产生影响。译码方案采用并行的FPGA译码器架构及最小和译码算法,其译码复杂度较低,硬件实现资源占用较少,具有可行性。     

LDPC编译码方法综述

目前的研究均表明LDPC码是信道编码中纠错能力最强的一种码,其译码器结构简单,在深空探测、卫星通信等领域可得到广泛的应用。文章介绍了LDPC码,综述了其编码方法和译码方法。在编码方法中分别描述了校验矩阵的构造和基于校验矩阵的编码算法,译码方法中主要论述了消息传递译码算法、置信传播译码方法、最小和译码算法、比特翻转译码算法和加权比特翻转译码方法。同时对LDPC码编译码方法的发展作了分析。     

长BCH码的编码和译码设计

第二代卫星数字广播系统标准DVB-S2的信道编码采用了LDPV-BVH码级联的形式,LDPC的性能非常优越,但是存在误码平台,BCH码的作用就是消除LDPC在低BER(10-6)时的误码平台.根据DVB-S2的标准,采用二进制的BCH(14400,14232).文章重点讨论了其编码器、解码器的速度与资源的优化;采用并行方式提高编码、译码速度,并且利用递归匹配、群组匹配及流水线的方法降低硬件复杂度,降低资源的消耗.     

一种改进的LDPC码BP译码算法

LDPC码作为纠错能力最强的信道编码,在深空通信中具有广泛的应用前景。研究了LDPC码的BP译码算法,并对该算法进行了仿真,分析了LDPC码的误码率随BP译码迭代次数的演化情况,提出了一种改进的BP译码算法。经过仿真验证,改进的BP译码算法,在信噪比低于译码阈值时能够大幅地减少译码迭代次数,降低运算复杂度,而性能却几乎没有降低。这种改进的BP译码算法对LDPC码在深空通信中的应用具有重要的意义。
     

LDPC码在深空通信中的应用技术研究

在DVB-S2标准提出的LDPC码校验矩阵的构造方法以及编码算法的基础上,对LDPC码编码复杂度以及译码性能进行了分析和仿真验证;在AGWN信道下,采用BPSK调制方式对DVB-S2标准码长为16200、码率为0.5的LDPC码进行了计算机仿真。仿真结果表明,LD-PC码纠正突发错误和随机错误的能力均很强,具有很高的纠错比特数,适合应用在深空通信的恶劣环境中;并初步论述了深空通信的信道特点,通过和Turbo码比较,分析了LDPC码作为深空通信系统信道编译码方案的可行性。     

短帧长Turbo编译码的FPGA实现研究

对深空通信中短帧长信息的Turbo编译码FPGA实现进行了研究。设计了Turbo编译码方法,编码由两个分量编码器并行级联组成,选择递归系统卷积码,编码采用特殊行列交织器;译码由两个独立的软输入软输出译码器串行联级联组成,采用近似Log-Map算法。给出了Turbo编译码的现场可编程逻辑阵列(FPGA)实现,给出了Turbo编译码单元的接口和顶层接口时序,以及Map译码单元流程。仿真结果表明:对帧长小于500b、码率为1/2的Turbo编译码器的FPGA实现了编码数据实时输出,译码延时0.45ms,满足输入数据速率要求。实测结果验证了仿真结果与理论性能相符。     

深空遥测系统中信道编码简述

由于深空信道的极低的信噪比,具有高增益的信道编码技术是深空遥测系统必不可少的环节。总结了深空通信领域中曾经使用的或可能使用的各种典型的信道编码包括卷积码、级联码、TURBO码和LDPC码方式,并对各种编译码方式的特点进行比较,给出其性能仿真。最后,对深空通信信道编码技术(包括TURBO接收机、LDPC码的应用以及编码调制技术)未来发展作展望。     

基于LDPC的编码PCM/FM系统及其性能分析

提出一种基于低密度校验码LDPC的编码PCM/FM系统,并对该系统的性能进行分析与仿真。首先介绍接近Shannon限的先进的信道编码技术———低密度校验码(LDPC)信道纠错编码原理和解码算法,而后给出基于LDPC的编码PCM/FM系统方案,最后详细分析并仿真该系统的性能,着重比较未编码、卷积编码和LDPC编码三种系统的性能差异,还对比LDPC的各种不同参数(编码长度、校验矩阵等)对系统性能的影响。仿真表明,基于LDPC的编码PCM/FM系统具有非常优异的纠错性能,比未编码PCM-FM系统性能高出6~8 dB,适合于PCM/FM遥测系统的应用。     

CCSDS中LDPC码编码器的FPGA设计与实现

CCSDS标准推荐了一组适用于深空通信的LDPC码。为了满足在一个系统中使用多种码率LDPC码的需要,设计了一个能够实现标准中4种码率码编码的通用编码器,该编码器合理安排了生成矩阵存储单元,充分复用了硬件资源,用一种码编码需要的资源消耗实现了4种码的编码,大大节省了资源;用VHDL语言在FPGA上实现了该编码器,通过仿真验证,表明该编码器在占用硬件资源不大的条件下,能够正确完成4种码率码的编码。     

GPS L5信号帧同步方法的设计与实现

为了实现电文数据的帧同步,给出了GPS L5信号帧同步方法的设计思路,利用GPS L5两个信号分量的同步关系,实现L5I信号的处理并得到电文编码符号。基于咬尾卷积码译码算法和VCP2译码器核完成译码并得到电文数据,最后完成电文数据的帧同步。测试结果显示GPS L5信号的帧同步跟踪稳定,从帧同步中获取的电文帧正确无误且实现定位。方法充分利用信号自身的同步特性关系和现有硬件资源,具有计算量小、资源耗费少和硬件易实现的优点。     

基于卫星ATM传输系统的LDPC码构造方法研究

在卫星ATM传输系统中,由于信道的高误码率,要求对ATM信元进行有效的误码保护。LDPC码是一种性能优越的纠错码。文章针对卫星ATM传输系统构造了一种新型的非规则LDPC纠错码,并对规则和非规则LDPC码进行仿真对比。仿真结果表明,对小于6个ATM信元进行纠错保护时,非规则LDPC码和规则LDPC码具有相似的性能;当被保护信元数超过6个时,非规则LDPC码具有更优越的性能。     

非规则LDPC码译码量化问题研究

对应用于国家数字电视地面传输标准的非规则LDPC码的log-BP译码算法实现中的量化问题进行研究,针对三种不同的编码效率的码字,对接收数据和中间变量进行均匀和变精度量化方案设计,并在高斯信道上仿真。通过对误码率和译码硬件复杂度两方面的对比和优化,得出了标准采用的LDPC码log-BP算法量化的实用性结论,作为硬件实现及其他应用的重要依据和参考。进一步指出对中间变量采用“变精度量化”方案,可使误码率非常接近无量化处理。     

低密度奇偶校验码快速收敛译码算法研究

介绍低密度奇偶校验码(LDPC码)的构造方法和置信传播译码算法,引入基于校验节点的一种快速收敛译码算法——串行译码算法。从树的深度方面分析串行译码算法的消息收敛特性,证明该算法与置信传播译码算法相比具有较好的收敛特性,且降低了译码复杂度。在加性高斯白噪声(AWGN)环境下,采用BPSK调制方式分别对串行译码算法和置信传播算法进行了计算机仿真。结果表明,串行译码算法的译码性能具有明显的改善。该算法使硬件实现变得更容易,资源占有量会降低,这就为LDPC码的工程实现提供了一种可行的方案。     

Turbo码在802.11b协议物理层中的应用研究

给出用 Turbo码代替现行 80 2 .11b协议中物理层的信道纠错码——卷积码的方法 ,通过性能仿真和译码复杂程度比较 ,验证在该协议的物理层上采用 Turbo码来提高无线局域网的性能是可行的。     

LDPC码在迭代接收机中的应用

讨论了空时分组编码、正交频分复用(OFDM)系统与低密度奇偶校验码(LDPC码)的迭代译码联合使用的方法.以一个迭代接收机的实例,在Jakes信道模型下对误码性能进行了仿真.结果表明该方法可以有效地提高系统性能.     

基于信源信道联合编码的遥感图像传输

针对遥感应用对图像质量日益提高的需要,提出了一种基于层次树的集合分割算法（SPIHT）和低密度校验（LDPC）码联合编码的遥感图像高质量传输方案。此方案充分利用SPIHT编码后数据流按重要性排序,以及LDPC码的误码率性能与码率和迭代次数密切相关的特性,克服了SPIHT压缩数据流对噪声敏感的缺陷。高斯信道仿真结果表明,在码元噪谱密度比（Eb/N0）较低的情况下,利用此传输方案获得的图像恢复峰值信噪比（PSNR）,比传统的分离编码高7dB以上。     

一种改进的基于LDPC码的信源信道联合译码方法

提出一种改进的将LDPC迭代译码和隐马尔可夫估计相融合的迭代译码算法。一方面通过隐马尔可夫信源估计获取信源残留冗余,作为外信息提供给LDPC迭代译码;另一方面,通过LDPC迭代译码获得更精确的信源估计模型参数,加快迭代收敛速度,获得更好的迭代译码性能。其优点是无需知道任何关于信源的先验信息,计算复杂度低,并行操作性强,尤其适用于宽带多媒体传输。