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。     

深空通信中的Turbo码技术

简介深空通信的发展现状和 Turbo码的基本原理。着重研究深空通信中 Turbo码技术的算法和应用 ;并通过仿真对 Turbo码和其它传统码的性能进行比较分析。针对深空通信的特点 ,就 Turbo码具体实现的技术作了探讨     

深空通信中的一种级联编码调制及其迭代接收

在深空通信中,由于通信距离大幅增加,通信信号的自由空间传播损耗很大,提高系统的功率利用效率是深空通信系统设计需要考虑的重要问题之一。提出了基于LDPC码和FQPSK调制的级联编码调制体制,首先提出该编码调制体制的系统模型,通过修改相应的算法给出适合FQPSK的迭代解调解码算法,通过计算机仿真分析了该体制的误码率性能。研究结果表明：该体制利用FQPSK的恒包络特性克服信道非线性问题并使功放工作在饱和区,利用LDPC码实现低信噪比通信,同时在接收端通过迭代解调解码获得增益,从而能够缓解深空通信中由于传输距离过远而带来的极低信噪比通信问题。     

深空通信中LDPC码的一种译码算法

LDPC码由于具有逼近仙农极限的性能和硬件可实现的编译码复杂度,在深空通信中具有重要的应用前景。文章在简要介绍CCSDS（空间通信系统咨询委员会）中LDPC码编码规范的基础之上,采用多维EXIT图对其译码门限和收敛速度进行了研究,最后重点研究了译码算法,通过改进归一化最小和算法提出了一种自适应归一化最小和算法,该算法保留了归一化最小和算法的所有优点,改善了不同信噪比条件下的译码性能,并解决了归一化因子的选择难题,适合在资源受限的深空通信中应用。
     

深空通信中Ka频段自适应纠删编码研究

未来深空通信将采用Ka频段进行深空探测任务,但余量有限的Ka频段链路受地面站区域天气的影响较大,容易产生中断。将Ka频段链路的噪声温度建模为两状态马尔科夫链的Gilbert Elliot信道,结合异步CFDP传输模式,设计了低误差的天气状态预测模型,同时针对给定噪声阈值下天气状态转换对下行链路丢包率的影响,提出一种基于天气状态转换的RS码与弱鲁棒孤波分布LT码级联的分组纠删编码技术,通过预测模型实现自适应码率调整以保持Ka频段的数据链路连续性以及有效吞吐量。仿真表明算法可实现对数据分组的纠删保护,提高接收端的译码性能,增大系统吞吐量,提高文件传输效率。     

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。
     

一种适用于深空通信的有限随机性喷泉码算法

基于数字喷泉的编译码技术无码率、不需要反馈的特点可适应深空环境下的文件传输。但传统的喷泉随机编码算法需要10^4量级以上的码长以保证可恢复概率,且原有的译码算法是一种次优方案,无法满足功率和存储空间严格受限的深空通信系统。提出了一种限制编码过程中部分随机性的相关列补偿编码算法,采用渐增高斯消去算法优化译码性能。仿真结果表明所提出的联合优化编译码方案能使码长不大于10^3的喷泉码在冗余度小于0.20的情况下,获得10^-4的译码失败率,较好地解决了传统数字喷泉码在空间通信系统中的适用问题。     

LDPC编码系统的码辅助载波相位同步算法

深空通信具有传输距离远、信号衰减严重的特点,针对低信噪比条件下深空通信系统中LDPC编码系统载波同步实现困难的问题,提出一种新的具有较低复杂度的码辅助载波同步算法。分析了载波同步误差对译码性能的影响,基于最大似然准则推导了载波相位的迭代同步算法,算法利用LDPC译码器输出的软判决信息来辅助载波相位的估计,将译码器与载波同步器进行联合迭代,从而得到接近最大似然估计性能的载波相位估计,同时对载波相位进行迭代补偿。仿真结果表明,在低信噪比条件下,算法能够有效纠正载波偏差,并能够以较低的系统复杂度获得近似理想同步的LDPC码译码性能。     

面向深空通信的喷泉编码技术

喷泉码是一种基于删除信道的前向纠错编码技术,具有不需反馈的特性。针对深空通信环境长时延、高误码率和丢包率大、上下行链路带宽不对称和链路易中断等特点,提出一种级联LDPC码的喷泉编码方案,并给出一种利用接收数据包的冗余信息的改进BP解码算法。与已有的深空通信信道编码算法进行了仿真比较,显示了该级联喷泉码具有良好的纠错性能和较低的编解码复杂度。     

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。     

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。     

极化码研究综述*

信道编码(纠错编码)是可靠通信的基础。极化码是第一种被理论证明可以达到信道容量的信道编码方法,具有可实用的线性编译码复杂度以及优良的检纠错性能。得益于极化码在复杂度与性能方面的独特优势,极化码在新一代移动通信、卫星通信、深空探测等领域具有广阔的应用前景。近年来,随着极化码被正式应用于第五代移动通信标准,极化码的理论与应用研究取得了日新月异的进展。结合所在团队的研究,针对极化码研究中的几个热点问题,对极化码研究现状进行了综述与总结,并对极化码未来的研究进行了展望。     

面向火星临近空间的分布式中继纠删编码机制研究

火星探测极远的通信距离以及行星遮挡,使得探测车与地面站的通信需要构建火星临近空间网络传输信息。为保证数据传输的可靠性并提高传输效率,重点研究基于分布式前向纠删编码的多个火星探测车通过中继轨道器向地面站传输的场景。考虑探测节点的周期性加入和退出的特性,设计了源节点使用弱鲁棒孤波LT码,中继随机转发/异或的中继随机决策编码方案,并推导了转发概率的理论最优值。仿真验证了新方案与已有的分布式喷泉方案相比,降低了约50%的信源编码开销,并通过复杂度与译码冗余的折衷,达到了99.9%的译码成功率。     

航天器反应式碎片规避动作规划方法

提出一种航天器反应式碎片规避动作规划方法，首先以扰动流体动态系统(IFDS)算法作为动作规划的基础算法，通过其中的总和扰动矩阵对航天器的轨道速度矢量进行修正，实现轨道机动规避；然后，建立基于双延迟深度确定性策略梯度(TD3)深度强化学习算法的反应式动作规划方法，通过TD3在线优化IFDS规划参数，实现对碎片群的“状态-动作”最优、快速规避决策。在此基础上，将优先级经验回放和渐进式学习策略引入该方法中，提升训练效率。最后，仿真结果表明，所提方法可使航天器安全规避多发、突发、动态且形状各异的空间碎片群，且具有较好的实时性。     

CCSDS基于小波变换的图像压缩

通过分析一种CCSDS建议的基于小波变换的图像数据压缩的基本原理、编解码方法、系统实现和压缩性能,初步研究深空通信对于图像压缩的特殊要求。通过与现在流行的基于小波变换的图像压缩算法JPEG2000进行比较发现, CCSDS推荐的算法的性能与JPEG2000基本相当,且同样支持无损和有损压缩及渐进传输,但其算法复杂度更低,包丢失不会造成图像大面积损坏,因而更适合于深空通信。