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。     

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。     

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。     

一种用于深空通信的系统LT码

针对传统LT（Luby Transform）码用于深空通信时性能不理想的问题,通过重构LT码的二分图设计适用于深空通信环境的系统LT码,提出一种去环编码算法。采用外信息转移图分析系统LT码的收敛阈值,然后通过仿真试验评估系统LT码的性能。仿真结果表明,采用本文提出的编码方案的系统LT码能够明显降低错误平层,提高译码算法的性能。     

CCSDS建议的再生伪码测距性能分析

CCSDS(国际空间数据系统咨询委员会)于2009年3月发布了伪码测距的蓝皮书,规定了再生伪码测距的技术要求。我国正在研制的深空应答机和深空站测控设备要求具备再生伪码测距功能,同时为了实现国际联网,伪码测距系统需满足CCSDS建议的要求。为给我国深空测控设备伪码测距系统的研制提供设计依据,通过分析伪码特性和伪码捕获跟踪方法,推导得到伪码测距的捕获性能和跟踪性能。分析得到的性能与CCSDS建议书一致,可作为我国深空应答机和深空站测控设备伪码测距系统设计的参考。     

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。     

两项技术使PCM/FM遥测系统信噪比增益提高9dB

介绍国外采用多符号检测技术和Turbo乘积码技术使PCM/FM遥测系统的信噪比增益提高 9dB的研究结果。简要介绍这两种技术的原理 ,指出Turbo乘积码的工程应用前景     

一种性能优越的纠错码——Turbo码

Turbo码是一种性能优异的纠错编码方式 ,已引起广大学者的高度重视。文中介绍了 Turbo码的编码方式和迭代译码原理 ,详细推导了 MAP算法。给出了目前用于 CCSDS标准中的 Turbo码结构。对 Turbo码和卷积码的异同点做了比较。最后给出了一些目前关于 Turbo码研究的热点问题。     

Turbo码在AWGN和Rician信道中的性能研究

对Turbo码在AWGN和R ic ian信道中的性能进行了仿真研究。利用Turbo码的译码原理分析了Turbo码在两种信道中的性能,给出仿真结果,表明Turbo码在低信噪比条件下,适合于AWGN和R ic ian信道。     

一种新的Turbo译码算法及其仿真实现

通过对Turbo码的原有译码算法的研究和仿真,发现原译码算法延时较大、译码速率较低,为了改善译码性能,提高译码速率、减小译码延时,文章提出了一种新的译码算法,并进行了性能仿真和工程实现,证明这种译码算法具有良好的性能和实用价值,与原有译码算法比较,在性能上也有优越性。     

OFDM系统中TURBO码译码算法研究

研究多径衰落信道下TURBO编码OFDM系统的特性,推导出一种TURBO码在OFDM系统具体应用方式,得到OFDM系统中TURBO的译码算法。并从推导结果确定,平均信噪比和信噪比弥散度是影响系统性能的两个重要参数。仿真结果表明,与IEEE 802.11 A定义的物理层性能相比,采用提出的TURBO译码算法,可以提高整个系统性能,信噪比改善2.9DB;在大平均信噪比和小信噪比弥散度条件下,系统性能较好,误帧率较低。     

几种Turbo码交织器的性能分析

Turbo码的出现揭开了编码领域的新篇章。Turbo码中使用的交织器对码的性能有很大的影响。使用 Mat-lab工具 ,通过仿真比较了 Turbo码的几种交织器在不同交织深度时对 Turbo码性能的影响 ,说明 Turbo码交织器设计中的两个准则 ,并验证了这些准则的有效性。分析比较 SP交织器的性能 ,提出在交织器的设计中应将目标放在获得最好的性能上     

一种节省存储资源的Turbo码译码算法

针对Turbo码译码过程需要占用大量存储资源的问题，在Max—Log-MAP算法的基础上介绍了一种节省存储资源的译码方法^[1]。通过逆运算在反向递推计算后向路径度量的过程中同时计算部分前向路径度量，节省了近50％前向路径度量的存储资源；通过使用一种性能良好的线性运算代替查表法求得Jacobian（雅可比）对数函数，避免了查找表资源的使用。在避免路径度量溢出进行的归一化操作中，采用了一种有效的方案，进一步节省了计算资源。实验表明，文章方法在有效节省存储资源的同时保证了良好的译码性能。     

LDPC码在卫星导航系统中的应用

作为一种接近香农极限的信道编码,近年来LDPC码被广泛采用,例如欧洲第二代数字视频广播卫星标准DVB-S2和空间数据咨询委员会(CCSDS)遥测信道编码标准就分别采用了LDPC码。文章将讨论LDPC码在卫星导航系统中的应用,内容涵盖星上编码与接收机解码。GPS联合项目办公室在接口规范(Draft IS-GPS-800,Navstar GPS Space Segment/User Segment L1C Interfaces,19 April 2006)中展现了L1电文结构中的LDPC码。子帧2和子帧3将分别用一个独立的24bit循环冗余检验(CRC)算法。加入CRC比特之后每一子帧将进一步被长度为1200/548码率为1/2的LDPC码编码。文章将给出同等长度同等码率的不同类型的LDPC码。它们表现出了优异的译码性能、简单的编码结构和较低的译码复杂度。另外一个优点是其校验矩阵无需用一系列的冗余表格来表示。这种LDPC码的构造方法可以被扩展到其它卫星导航系统,比如欧洲的伽俐略(Galileo)系统和中国的北斗(Compass)系统。     

星载低复杂度Turbo译码器的实现技术研究

针对航天测控通信系统中微弱信号处理的实际应用需求,研究了Turbo译码算法在星载平台上的低复杂度实现技术。基于折线近似的Log_MAP算法,提出了一种新的基于FPGA的译码器实现方案,一方面简化了迭代译码过程中分支度量的计算存储方法,有效减少了存储容量及算法复杂度;另一方面采用半并行化及流水的数据处理方式,提高了译码处理速度。利用CCSDS标准建议的交织器和生成矩阵进行了仿真和实测,结果表明相较于其它结构,采用本文设计方案实现的Turbo译码器在Slice资源没有增加的条件下存储复杂度降低了29.6%,且在输出误码率<10 -6 时编码增益达到了9.9dB,保持了良好的译码性能。本文译码器已成功应用于某航天型号工程。