空间平台量子密钥纠错处理研究

空地量子通信受诸多因素的影响,量子密钥的原始码存在一定的误码率,需要通过空间平台与和地面之间的双向数据交互对错误的密钥进行纠正。受空间平台硬件设备限制,数据的传输速度、存储空间以及处理能力等均有限,对空间平台量子纠错算法提出了更高的要求。为此给出了一种适合空间平台环境的基于汉明码的Winnow纠错算法,这种纠错处理算法不仅容易实现,而且在空间平台资源受限的情况下可以兼顾运算效率和纠错效率。     

深空通信中高性能低复杂度的QC-LDPC码构造方法

LDPC码字具有优异的性能, 在空间通信中得到广泛应用. 为进一步降低LDPC码构造及编码的复杂度, 给出了一种高性能、低复杂度的QC-LDPC码构造方法. 设计了扩展近似下三角阵(extern Approximate Lower Triangular, eALT)结构的全局矩阵, 通过增加双对角阵结构全局矩阵的列重, 降低差错平底(error floor). 为降低传统循环移位系数选择的复杂度, 提出了一种基于Zig-Zag的移位系数设计方法, 采用数学公式计算循环移位系数, 无需计算机搜索即可完全消除长度为4的短环. 给出了所构造码字线性编码的实现过程. 仿真结果表明, 所提构造方法在保证线性编码复杂度的前提下, 增大了码字间最小距离, 降低了差错平底, 提高了码字性能; 采用结构化的方法设计循环移位系数, 无需计算机搜索即可消除4环, 所构造的码字与CCSDS标准中的码字在性能相近的情况下, 降低了实现的复杂度.      

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.     

Achieving the capacity of half-duplex degraded relay channels using polar coding

In this paper, a novel transmission protocol based on polar coding is proposed for the half-duplex degraded relay channel. In the proposed protocol, referred to as the partial message relaying, the relay only needs to forward a part of the decoded source message that the destination needs according to the exquisite nested structure of polar codes. Theoretically, it is proved that the scheme can achieve the capacity of the half-duplex relay channel under the decode-and-forward （DF） cooperation strategy while enjoying low encoding/decoding complexity. Practically, in order to minimize the global transmission power, the optimization of the power allocation is performed between the source and the relay by using information theoretic tools. Furthermore, a joint iterative soft parallel interference cancellation receiver structure is developed to suit to the proposed scheme. Simulation results show that the proposed scheme outperforms the conventional scheme designed by low-density parity-check （LDPC） codes.     

采用LDPC码方案的战术数据链系统

战术数据链系统能够提高部队信息化作战能力,其中信道编码技术是保证消息传输可靠性的关键技术之一.构建了一种新的战术数据链系统,系统采用低密度奇偶校验(LDPC,Low-Density Parity-Check)码方案,LDPC码是适用于传输可靠性要求高的通信系统的新型码组.介绍了LDPC码方案中的和积算法,描述了系统的传输模型,分析了系统在固定频率和加性白色高斯噪声(AWGN,Additive White Gaussian Noise)信道条件下的链路性能.利用计算机进行蒙特卡罗仿真,结果表明:在AWGN信道和瑞利衰落信道下,LDPC编码方案可以有效地降低数据链系统的误比特率,取得比采用里德·所罗门编码的联合战术信息分发系统更好的误码性能.LDPC码作为信道编码技术的备选码组,为进一步提高战术数据链的可靠性提供了一种解决方案.      

复杂姿态下基于空时码的测控方法

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误码率在一定的范围内，实现不间断测控。     

一种混合粒度奇偶校验故障注入检测方法

为了实现高效的抗故障注入攻击,提出了一种混合粒度奇偶校验故障注入检测方法。传统奇偶校验检测方法为每n比特设置一个奇偶位,表示该n比特的奇偶性。随着n的减小,奇偶位个数增加,资源消耗增加,检测率提高。为了实现故障检测率和资源消耗的折中,对电路故障注入敏感部分或关键部分处理的数据采用细粒度奇偶校验（即n值较小）,对其他部分采用粗粒度奇偶校验。以RC5加密算法为例,阐述了混合粒度奇偶校验故障检测方法的原理和应用,并对不同粒度奇偶校验方法的故障检测率及资源使用进行了理论分析。实验结果表明,与整个RC5电路都采用字（n=32 bit）奇偶校验相比,混合粒度奇偶校验故障注入检测方法可以提高故障检测率29.44%,仅增加资源消耗2.48%。      

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。     

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.     

空地量子密钥分发网络中数据协调方案

在空地量子密钥分发网络中，空中平台的硬件设备限制使得后处理阶段数据传输速度以及处理能力减弱。针对空中平台的特性，提出了一种适合空地量子密钥分发网络的数据协调方案。首先，采用量子纠错技术减少原始密钥的误码率；其次，设计了一种新方法用来制备低密度奇偶校验（LDPC）译码算法中的随机置换序列；最后，兼顾LDPC译码算法性能和算法硬件实现复杂度，选取了软判决中最小和译码算法。仿真分析表明:量子纠错处理后的原始密钥误码率明显减少，错误率由29.5%减少为4.4%；使用新方法生成随机置换序列，在保证序列随机性的前提下效率提升，生成长度为10 000的随机置换序列所用时间约为0.019 s；LDPC译码算法中最小和译码算法性能适中且硬件实现简单。