深空DTN网络中LTP协议的额外传输开销优化

针对深空延迟/中断容忍网络(DTN)能量资源有限,而利克里德传输协议(LTP)段大小对额外传输开销影响明显,需要确定最优的LTP段大小的问题,文章分析了深空DTN网络的数据传输过程,利用深空DTN网络中额外传输开销的数学理论模型,通过求导的方法计算出了LTP段大小的最优值,并得到了最优化问题的解析解。数值仿真结果表明:通过解析解表达式得到的LTP段大小的最优值与该最优化问题的数值解重合,在深空通信时采用此方法,可快速精准地选择LTP段大小,也可大幅减小额外传输开销。     

面向深空通信的LTP多会话数据聚合策略

针对LTP单会话传输中信道利用率不足的问题,本文基于多会话传输机制及数据聚合方法,提出了一种面向未来深空通信的LTP多会话数据聚合策略。结合深空信道非对称的特点,从避免上行信道拥塞的角度,对多会话聚合过程进行了简要的数学分析,得到了Bundle聚合数下界。在地月、地火场景中仿真分析了Bundle聚合的影响因素及聚合机理。结果表明聚合策略能有效提高深空信道利用率,非常适用于上下行速率比偏低、Bundle长度较小的深空通信场景。     

深空通信中延迟否定确认型CFDP的延时估算

根据深空通信的通信环境和长距离传输协议的时延,分析了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)高级在轨系统中延迟否定确认信息型文件传输协议(CFDP)的文件传输机理,给出了应用此协议时延时的计算方法.仿真分析了影响延时的误码率、传输速率,以及协议数据单元(PDU)的大小和数量等的影响,获得了典型应用条件下深空通信中对误码率的要求.结果表明:CFDP可在深空探测大延时条件下正确传输文件,满足有效性要求.     

深空通信中提示否定确认型CFDP协议延时估算

为确定空间数据咨询委员会（CCSDS）建议高级在轨系统中CCSDS文件传输协议（CFDP）在深空通信环境中的适应性,研究了CFDP中提示否定确认型文件传输协议（Prompt NAK CFDP）的传输机理。给出了此传输方式的文件传输时延估算方法。分析了误码率、传输速率、协议数据单元的大小与数量,以及提示信息数等对传输时延的影响,获得了深空通信对误码率的要求。研究表明：CFDP可用于深空通信,为其进一步应用和改进提供了参考。     

深空通信文件传输协议的交织技术研究

引入喷泉编码技术应用于深空通信,对CCSDS文件传输协议进行改进,提出了一种针对深空环境长时延、高误码率、丢包率大和链路易中断等特点的基于数据包交织的文件传输协议。根据深空通信文件传输的业务需要设计了两种不同的级别概率分布,接收端只需要接收到一定数量的数据包,就能够恢复出整个原始信息,无需或需要很少反馈确认信息。仿真验证交织技术能够简化传输协议,减少文件传输时延,增大系统的吞吐量并保证通信的有效性。
     

面向深空时变信道的数据传输策略

将呈现随机“好”、“坏”状态跳变的深空Ka频段链路噪声温度建模为两状态Gilbert-Elliot信道,考虑深空下行发送端只能获得延迟的信道状态信息（CSI）的限制,结合部分观测马尔科夫决策理论设计了基于延迟CSI预测信道状态的自适应最大化吞吐量传输策略。理论推导了在深空通信环境下最优传输策略的关键阈值,并给出了简化的闭合解计算式。通过地球-火星通信参数仿真,校验了该方案能有效提高吞吐量,提高文件传输效率。     

短波SFH／CPM系统差分相位检测方案的性能分析

文章提出了一种基于Viterbi算法的短波SFH／CPM系统差分相位检测（DPD）的解调方案,运用Matlab建立了短波SFH／CPM系统模型,并在此模型上对该解调方案的误比特率进行了数值仿真。其仿真结果表明：DPD解调方案的误比特率可以达到10^-5～10^-6,能满足短波信道性能的需求。     

太阳闪烁下的深空信道中LDPC-MPSK系统性能分析

针对深空通信中传输数据量大、接收信号信噪比低的问题,分析太阳闪烁对深空通信信道的影响,将存在太阳闪烁的深空通信信道近似为莱斯信道,进而提出在该通信环境下采用LDPC编码与MPSK调制相结合的数据传输通信方案,研究太阳闪烁强度、调制进制数、LDPC码长码率对系统性能的影响。仿真结果表明,LDPC编码与MPSK调制相结合的数据传输通信方案在深空信道下具有良好的性能,可有效地抵御太阳闪烁引起的通信性能下降,当使用码率为1/2、码长为1024的非规则LDPC编码时,在误码率为10–5的条件下,QPSK的传输速率为BPSK两倍,其所需的信噪比仅比BPSK高0.2d B。     

海上无人船自组网随机接入仿真研究*

海上无线通信具有传播环境复杂、多径干扰、信号衰减和时延较大等特点,传统的通信传输系统无法满足无人船之间、岸船之间稳定可靠的通信业务需求。针对海气界面组网观测中以无人船为核心的快速机动组网协同观测任务,研究基于信道感知的无人船自组网随机接入协议,采用优先级机制满足海上环境下网络负载较大时敏业务的低延迟传输需求,为无人船组网观测信息传递提供可靠性和实时性保证。终端采用一发多收机制提高数据传输成功率和网络系统吞吐量。最后,基于OPNET搭建仿真网络模型,从接入成功率、平均端对端时延、系统吞吐量等方面仿真分析所设计的随机接入协议性能。     

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。     

脉冲展宽对深空激光通信的影响与补偿研究

深空激光通信系统下行链路的脉冲位置调制PPM（Pulse Position Modulation）信号在经过大气信道传输和单光子探测器接收时,将出现脉冲展宽效应,引起通信系统性能下降。分析了大气信道中的淡积云云层散射、大气湍流与气溶胶散射和单光子探测器的抖动特性所引起的脉冲展宽效应。在此基础上,仿真分析了淡积云云层物理厚度对不同PPM调制阶数下通信速率的影响,并研究了单光子探测器引起的脉冲展宽产生的抖动损失。为补偿脉冲展宽的影响,提出了一种基于时隙似然比解调的补偿方法,通过仿真验证了该方法能够有效降低深空PPM激光通信链路中脉冲展宽对通信误码率的影响。该研究对分析和提升深空PPM激光通信系统的链路性能具有一定的参考意义。     

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。     

延迟/中断容忍网络技术及其在行星际因特网中的应用

延迟/中断容忍网络(DTN)采用一种新的端到端的覆盖层网络体系结构,是实现行星际因特网(IPN)的一种重要技术途径。文章首先论述了DTN应用于航天的几种网络协议的特点,包括束协议、利克里德传输协议(LTP)、空间数据系统咨询委员会文件传输协议(CFDP)和Saratoga协议,并分析了DTN路由算法的特点和DTN网络软件的实现,然后总结了NASA在遥感、空间站、中继通信和深空探测等任务情景下进行的DTN飞行验证试验的技术特点。针对我国未来天基综合信息网建设的需求,提出了DTN技术在体系结构、汇聚层协议、路由算法和网关节点设计方面值得关注的问题。     

SCPS-TP协议用于LEO卫星网的性能分析与改进

SCPS-TP是空间通信传输协议,可用于卫星网络。为分析SCPS-TP在LEO卫星网中的性能和选择合适的拥塞避免机制,进行原理分析和仿真实验。在LEO卫星网中的典型时延和误比特率条件下,SCPS-TP协议采用Ve-gas机制比Van Jacobson机制能达到更好的性能。但LEO卫星网中存在的切换和路径改变情况会严重降低Vegas机制的性能。对此提出一种利用SCPS-NP包头信息感知路径变化和更新时延基准的改进方法,具有较好的可实现性。仿真结果表明,此举能明显提高SCPS-TP协议在LEO卫星网路径改变时的性能。     

应用于中继卫星通信系统的16QAM-TCM技术研究

网格编码调制技术可以在不改变信息传输频谱带宽的条件下,改善信噪比,减少发射功率,降低误码率,其实现的方法是分割星座图形成子集,逐步增大星座图中信号点之间的最小欧氏距离。本论文在项目组自研的中继卫星通信系统仿真平台上,仿真了8PSK与16QAM-TCM两种调制技术的解调性能,仿真曲线反映了误比特率需求与所需信噪比之间的关系。仿真结果表明：① 在理想信道条件、I/Q（Inphase/Quadrature, 同相/正交）幅相不平衡、幅频特性、群时延、相位噪声、功率放大器饱和点条件下,假设误比特率需求为1E-7,16QAM-TCM技术的信噪比需求与8PSK调制技术的信噪比需求相比,分别可节省8.85 dB、9.04 dB、8.45 dB、10.2 dB、8.5 dB、14.6 dB的信噪比;② 在非线性信道条件下,当信噪比增大时,8PSK调制技术的误比特率在1E-3数量级附近波动,不再变化;③ 假设需求的误比特率为1E-7,16QAM-TCM调制技术非线性信道信噪比仿真值与理想信道信噪比仿真值相比,损失了4.8 dB。     

面向深空通信的LTP异步加速重传策略

针对LTP会话中链路利用率不高的问题,本文通过改进会话传输机制,提出了一种面向未来深空通信的LTP异步加速重传策略。在对LTP会话传输过程建模分析的基础上,仿真验证了理论模型的正确性。为加速启动重传过程,采用了一种由接收端触发的异步加速重传方法,对异步加速重传过程建模,并给出了平均文件传输时间的表达式。在地月、地火场景中比较分析了改进策略的性能。结果表明异步加速重传策略可有效提高数据传输效率,非常适用于极长距离、高误码率的深空通信场景。     

深空探测光量子通信信道的主要参数

深空探测器距离地球路程遥远,保持探测器与地面站高效、实时的信息通信,将探测器采集的科学数据及时、完整地传输回地球,是亟待解决的问题。量子通信可以在确保信息安全、增大信息容量以及提高检测精度等方面突破经典通信的物理极限,研究量子通信在深空探测中的应用意义非常。通过对深空量子通信信道的研究与分析仿真,得到光束发射角、接收器口径、收发端距离等与可靠量子通信的关系,为深空量子通信的工程实现提供设计、仿真依据。     

基于综合信道模型的星地信道性能研究

全球导航卫星系统由位于不同轨道上的多颗卫星组成。卫星轨道和地面用户位置的差异造成了星地链路传播机制和统计特性的差异。信道的统计特性对于卫星系统的性能有着重要的影响。文章建立了星地信道综合模型,考虑了不同大气条件和传播机制的影响。基于此模型,给出了调制方式为二元相移键控时的误比特率与信噪比的关系。研究方法和结果可为全球导航卫星系统的仿真和设计提供借鉴。     

一种载人航天器深空通信系统架构的设想

为保证深空探测载人航天器与地面之间的可靠通信,在分析载波频率、信源压缩技术、编码技术和调制方式的基础上,提出了一种载人航天器深空通信系统架构,综合考虑各种通信业务的需求,采用LDPC编码、SOQPSK调制等先进技术,充分利用深空通信信道宽带宽的特点。相比于现有的深空探测航天器,文章提出的深空通信系统架构可获得更高的增益,能以更高的数据速率进行可靠通信,具有一定的技术前瞻性和较高的工程应用价值,对我国后续载人登月及其他深空飞行任务具有一定的参考意义。     

关于LEO卫星WiFi网络吞吐量的分析

文章针对LEO星地链路传播时延长而造成地面Wi Fi协议的确认超时问题，以及星地大覆盖范围下隐藏终端间的严重冲突问题，在对地面Wi Fi协议MAC帧交换过程进行研究的基础上，提出了根据传播时延对超时重传时间进行动态调整的方案。通过对星地Wi Fi场景下的RTS/CTS机制及传输成功、失败条件的分析，考虑了不可忽略的传播时延、隐藏终端因素，改进了G.Bianchi建立的二维马尔科夫模型，并借助数值分析，得到了改进协议模型下的系统归一化吞吐量大小。最后通过MATLAB软件，验证了模型和仿真场景下的吞吐量变化情况，二者基本一致。仿真结果表明，传输距离的增加引起了信道资源的浪费，吞吐量随之下降；改进的RTS/CTS机制降低了用户间的碰撞冲突概率，吞吐量对用户数的变化不敏感。此外，理想状态下的系统吞吐量随数据帧长的增加而增加，而在误码率一定的情况下，存在最佳帧长，使得系统性能最佳。因此，改进方案使得DCF协议在星地场景中可用，为卫星Wi Fi的研究提供了一定的理论支撑。