基于混合平台的深空通信遥测接收机架构设计

针对目前深空通信遥测信号接收机硬件实现存在的重配置及扩展灵活性较差的问题,提出了一种符合CCSDS(空间数据系统咨询委员会)标准基于混合平台的接收机架构设计。本设计充分利用了GPU(图形处理器)平台片上存储资源的低访问延迟特性、流多处理器的高速并行处理特性以及CUDA(统一计算架构)软件开发的配置灵活性,对接收过程中的帧同步和信道译码进行了高速实现。同时采用FPGA(现场可编程门阵列)对接收数据进行解调处理,通过CPU(中央处理器)对接收机内部数据流传输进行控制,实现了可重配置的混合平台接收机架构。实验结果表明本接收机架构在采用CCSDS标准的LDPC(低密度奇偶校验)编码时能够灵活切换多种码长码率模式,译码后数据吞吐率能够达到10 Mbit/s以上。     

局部概率传播译码的非系统低密度卷积码

低密度卷积码(LDCC)是低密度码(LDPC)经由其产生矩阵的侧滑变换成为带状产生矩阵而得到的,具有LDPC和卷积码的误码性能好等一些共同特征。LDCC码的和积算法译码方法可以进一步改进为局部概率传播译码方法。采用流水线结构的局部概率传播译码方法用于LDCC码得到了接近和积算法的译码性能,而且译码延迟比LDPC大为降低,译码器更为简单,便于实时工作。     

一种CCSDS深空标准的LDPC码高效实现

针对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)深空通信标准LDPC(低密度奇偶校验码),为减少定点量化后的译码性能损失,提出了一种改进的译码修正算法。通过分析矩阵结构特点,并引入交错译码结构以及流水结构,设计了一种适合该标准深空通信LDPC码编译码器的高效实现结构。使用此结构,在Xilinx公司的XC5VSX95T芯片上实现了CCSDS深空通信标准的(8 192,4 096)LDPC码,在40次迭代情况下可以达到47m的吞吐率。实践表明:该设计可以灵活地移植应用于其他码率的CCSDS深空通信标准LDPC编译码器设计。     

一种基于矩阵分裂的QC-LDPC码Log-BP译码方法

 针对高码率的准循环低密度奇偶校验码（QC-LDPC）提出了一种新的高效的log-BP部分并行译码结构,它通过矩阵分裂,将原监督矩阵分裂成多个小的矩阵,使原本的校验节点更新运算被拆分成多次处理,有效地降低了BP迭代运算的复杂度;通过组织不同小矩阵校验节点更新运算与变量节点更新运算的先后顺序,可以使不同小矩阵的校验节点更新运算与变量节点更新运算同时进行,从而提高译码器的译码速率。该方法既适用于非规则码,也适用于规则码。实验结果表明,与现有的log-BP译码方法相比,在相同的码速率下,校验节点更新单元（CNU）与变量节点更新单元（VNU）规模总量减小1/3;在相同的硬件资源下,译码速率提高1/3,另外该方法使CNU与VNU结构趋于对称,有利于设置更少的流水线级数,获得更好的时钟性能。     

线性分组码限距离译码器的性能分析

为了提高自动重传请求(ARQ)系统的通过率,在混合ARQ系统中,使用限距离译码器改善系统的性能。在限距离译码时,线性分组码纠正重量t的错误图样。纯纠错译码器和纯检错译码器都是限距离译码器的特例。本文首先介绍了Krautchouk多项式的几个重要性质,然后,用线性分组码及其对偶码的重量分布,分别导出了两种形式的错误译码概率的简化计算公式。由于生成函数方法的使用,成功地得到了重复码、汉明码和扩展汉明码的错误译码概率的解析公式,最后,讨论了Golay码和某些本原BCH码错误译码概率的计算方法。     

基于EXIT图的非规则LDPC码在RICE衰落信道下的优化

EXIT(Extrinsic Information Transfer)图是分析LDPC码译码收敛性的一个简单有用的工具,可以用于非规则LDPC码度分布的优化。本文介绍了EXIT图的基本原理,并将其应用于RICE衰落信道,修正了RICE信道中未知信道状态信息情况下比特节点译码器曲线计算公式,并给出了RICE信道下的度优化结果。仿真结果表明,这种方法易于实现,而且经过优化的LDPC码在衰落信道中同样获得良好的性能。     

基于有限域上乘法群与均衡不完全区组的准循环LDPC码构造

构造低编码复杂度的准循环LDPC码是其在高速数据传输系统中有效应用的关键技术之一。本文通过引入有限域上乘法群,提出了一种新的基于均衡不完全区组(BIBD)的准循环LDPC码的构造算法。算法将基于BIBD的传统构造算法中的加法群替换为乘法群,简化了相应元素位置向量的计算;同时通过校验矩阵扩展(dis-persion)构造出能够抵抗长突发删除错误的好码。仿真结果表明,本算法构造的准循环LDPC码的围长至少为6,能够采用反馈移位寄存器实现线性复杂度的编码;利用和积译码算法进行迭代译码,AWGN与BEC信道下译码性能与随机构造的LDPC码相当。     

复杂姿态下基于空时码的测控方法研究

为了提高复杂姿态条件下飞行器测控通信的可靠性,将LDPC(Low Density Parity Check,低密度奇偶校验)码和空时码级联,并采用2×1天线系统,建立了系统模型,阐述了信道参数估计方法,在此基础上提出了基于信道参数估计的空时软译码算法,使得空时译码器输出软信息给LDPC译码器,能充分利用LDPC的编码增益。仿真结果表明,不采用空时码时在π相位差附近出现很高的误码,导致通信中断;采用空时码能够保证在任何相位差的条件下保证误码率在一定的范围内,实现不间断测控。     

基于BP算法的LDPC码改进译码算法

目前,LDPC码的译码主要采用MacKay和Neal提出的BP(Belief-Propagation)迭代译码算法。但其水平步骤和垂直步骤的孤立使部分外信息在下一次迭代中才能对译码产生帮助。为了使这部分外信息得到更有效的利用,本文提出两种以外信息的传递路径为导向的改进BP算法,用于LDPC码的译码。模拟显示,在加性高斯白噪声信道下,本文提出的两种方法在译码复杂度的不变或基本不变的情况下,有效加速了迭代的收敛,得到了更好的译码性能。     

不含短环的（n，3，k）LDPC码的几何构造方法

提出了基于不含短环的(n,2,k)规则低密度奇偶校验(LDPC)码的一种最短环长为8的(n,3,k)规则LDPC码的几何构造方法。该方法简单直观而有效。仿真结果显示,在AWGN信道中该码具有明显优于随机构造的规则LDPC码的性能。     

High Hardware Utilization and Low Memory Block Requirement Decoding of QC-LDPC Codes

This paper presents a simple yet effective decoding for general quasi-cyclic low-density parity-check (QC-LDPC) codes, which not only achieves high hardware utility efficiency (HUE), but also brings about great memory block reduction without any performance degradation. The main idea is to split the check matrix into several row blocks, then to perform the improved message passing computations sequentially block by block. As the decoding algorithm improves, the sequential tie between the two-phase computations is broken, so that the two-phase computations can be overlapped which bring in high HUE. Two overlapping schemes are also presented, each of which suits a different situation. In addition, an efficient memory arrangement scheme is proposed to reduce the great memory block requirement of the LDPC decoder. As an example, for the 0.4 rate LDPC code selected from Chinese Digital TV Terrestrial Broadcasting (DTTB), our decoding saves over 80% memory blocks compared with the conventional decoding, and the decoder achieves 0.97 HUE. Finally, the 0.4 rate LDPC decoder is implemented on an FPGA device EP2S30 (speed grade -5). Using 8 row processing units, the decoder can achieve a maximum net throughput of 28.5 Mbps at 20 iterations.     

CCSDS近地LDPC译码算法研究

针对CCSDS（空间数据系统咨询委员会）推荐的近地LDPC（低密度奇偶校验）码技术进行了研究,建立了和积译码算法、对数似然和积译码算法、最小和译码算法的数学模型,并对上述译码算法的译码复杂度和译码性能进行了仿真分析.分析结果表明,和积译码算法与对数似然和积译码算法的译码性能距离香农限1.2 dB,最小和译码算法的译码性能距离香农限1.45 dB.因此,提出基于最小和译码算法的改进算法——偏移最小和译码算法与归一化最小和译码算法,并分析了这2种译码算法的译码复杂度,同时进行了大量仿真实验.实验结果表明,当偏移因子β=0.15时,偏移最小和译码算法性能达到最优,译码性能距离香农限1.25 dB;当归一化因子α=0.741 2时,归一化译码算法的译码性能达到最优,译码性能距离香农限1.2 dB.归一化译码算法具有优异的译码性能和合理的复杂度,可以遴选作为CCSDSLDPC的译码算法用于工程实现.此外,还研究了迭代次数对译码性能的影响,结果表明,当迭代次数大于10次时,译码性能提升不再明显,故工程实现时迭代次数应设置为10次.     

GF（q）域上的低密度校验（LDPC）码的译码及其在深空通信中的应用

低密度校验码是一类能有效逼近香农限的好码,而高进制的LDPC码具有比二进制LDPC码更好的性能,但其译码复杂度太高不利于工程应用。本文提出了一种基于协同优化算法的低复杂度的高进制LDPC码的译码算法,并讨论了其在深空通信中的应用。     

软输入软输出LDPC码译码算法

提出了一种软输入软输出LDPC码译码算法,采用欧氏距离作为判决准则,通过对欧式距离信息的反对数和进行迭代处理,实现软输入软输出译码;同时,还提出了该算法的一种简化方法,以降低计算复杂度。本文提出的软输入软输出算法无需接收信号的信噪比和信道状态即可实现译码,并且在性能无明显损失的前提下降低了计算复杂度。仿真结果表明,在性能与和积译码算法性能相近的情况下,计算复杂度比和积译码算法的复杂度下降了约10%。     

非线性摩擦失谐叶片排序并行退火算法

基于叶片模态实验获得的叶片失谐参数,基于非线性摩擦阻尼分析提出一种失谐叶盘结构的集中参数模型.综合模拟退火算法的局部搜索能力和遗传算法的全局搜索能力,并引入禁忌表作为搜索记忆表,提出了一种应用模拟退火进化算法附加禁忌表的叶片排序优化方法.同时结合图形处理器运算设计了基于compute unified device architecture(CUDA)的并行算法并且分析其算法性能.研究表明:基于并行框架寻优可以获得4.5倍的加速,同时按照优化后方案安装,可以明显降低叶盘系统振动响应幅值与方差.      

Cross-layer design of LT codes and LDPC codes for satellite multimedia broadcast/multicast services

According to large coverage of satellites, there are various channel states in a satellite broadcasting network. In order to introduce an efficient rateless transmission method to satellite multimedia broadcasting/multicast services with finite-length packets, a cross-layer packet transmission method is proposed with Luby transform （LT） codes for efficiency in the network layer and low density parity check （LDPC） codes for reliability in the physical layer jointly. The codewords generated from an LT encoder are divided into finite-length packets, which are encoded by an LDPC encoder subsequently. Based on noise and fading effects of satellite channels, the LT packets received from an LDPC decoder either have no error or are marked as erased, which can be mod- eled as a binary erasure channels （BECs）. By theoretical analysis on LT parameters and LDPC parameters, the relationships between LDPC code rates in the physical layer and LT codes word lengths in the network layer are investigated. With tradeoffs between the LT codes word lengths and the LDPC code rates, optimized cross-layer solutions are achieved with a binary search algorithm. Verified by simulations, the proposed solution for cross-layer parameters design can provide the best transmission mode according to satellite states, so as to improve throughput performance for satellite multimedia transmission.     

基于纠删码的遥测链路丢帧恢复技术

针对遥测系统在恶劣天气条件、航天器姿态调整、天线指向偏离、脉冲干扰等各种因素影响下出现的遥测信号闪断以至接收机丢帧问题,提出一种适用于闪断信道的纠删码技术,用于恢复丢失的数据帧.首先介绍LDPC（低密度奇偶校验）纠删码的编译码算法,然后构造一种以短码长的随机码为外码、IRA（不规则重复累积）LDPC码为内码的级联纠删码,最后给出纠删码的应用策略和实现纠删码所需的CCSDS（空间数据系统咨询委员会）协议扩展.通过仿真实验和分析,得到了LDPC纠删码和级联纠删码的纠删性能,得出级联纠删码与LDPC纠删码均可获得接近理想的纠删性能的结论,且级联纠删码的构造更为灵活,可适应不同的应用环境,对CCSDS协议进行适当扩展后即可支持纠删码在CCSDS遥测链路中的应用.     

基于提前停止判决的编码软信息辅助载波同步

 针对目前编码辅助载波同步算法中复杂度较高、延时大的问题,提出了引入辅助停止判决机制的编码辅助载波同步算法。在现有的编码辅助载波同步结构基础上,该算法能对环路信噪比(SNR)进行实时判定,在环路SNR满足限定条件后提前停止编码辅助载波同步迭代,而不影响译码性能。采用新的相位估计方式估计含相位噪声的载波相位,提升了该条件下的环路信噪比。仿真采用码率为1/2的低密度奇偶校验(LDPC)码作为编码方式,结果表明:在误码率为10^-5时,该算法减少了约50%的编码辅助载波同步迭代次数;在含相位噪声的信号条件下,与理想解调译码相比,性能损失不超过0.15 dB。