任明禄[1]2007年在《深空通信中的LDPC编译码技术的研究》文中提出低密度校验码是一种能逼近Shannon容量限的渐进好码,在长码时其性能甚至超过了Turbo码,其译码采用具有线性复杂度的和积算法,复杂度大大低于Turbo码,并且几乎所有错误都是可检的。由于低密度校验码具有诸多优点,它已成为深空通信信道编码领域最受瞩目的研究热点之一,低密度校验码的应用也已经被提到日程上。本文结合深空通信的信道特点,介绍了低密度校验码的表示和构造;阐述了低密度校验码的译码方法(软判决译码算法和硬判决译码算法),对这两种算法进行了比较,并作了一些优化;同时叙述了低密度校验码线性编码方法,而且实现了低密度校验码的快速编码问题;最终给出了低密度校验码的硬件实现,以便对低密度校验码的性能进行验证。LDPC码的实用化还要走相当长的一段路,虽然长码时LDPC码的性能可以超越Turbo码,但是短码却比Turbo码差得很多。因此,LDPC的编译码方面还需要进一步研究。
许拔[2]2004年在《深空通信中RS码的编译码算法研究》文中研究说明本文主要对应用于深空信道编码的RS码进行了研究。首先从信道编码的基本定理入手论述了在有干扰存在的信道上进行无差错传输的可能性,这是纠错编码研究的理论依据与努力方向。然后介绍了与纠错编码相关的代数基本知识,简单介绍几种常见的纠错编码码型,重点研究了RS码的时域编译码算法,并对具体参数的RS码的编译码实现过程进行了分析,在建立恰当的信道模型的基础上对RS码性能进行仿真分析,进一步提出了RS码频域编译码方法;在文章第叁部分中对卷积码与Turbo码做了简单地介绍,文章最后简单论述了深空通信的信道特点,对国外现有的编译码系统进行了介绍与比较,并在此基础上针对我国具体国情与现实需要提出了这个课题即将采用的方案。
周洁[3]2012年在《深空Ka频段自适应喷泉码技术研究》文中指出深空通信极远的通信距离导致传输信号同时面临巨大衰减和传播时延，即使采用逼近香农极限的信道编码也无法保证信息的可靠传输，而传统的ARQ反馈重传在数十分钟数量级的传播时延限制下，效率很低。同时，未来深空通信将采用Ka频段进行深空探测任务，但Ka频段链路受地面站区域天气的影响较大，容易产生中断，进一步影响信息的传输效率。因此，本论文针对深空通信的特殊链路环境，重点研究并设计一种具有自适应信道变化的前向纠删编码技术，以使得传输层的文件传输具有自适应信道变化的分组纠删能力，有效的提高地面站对空间数据的恢复能力。论文的主要研究工作分为以下叁个方面：首先，将Ka频段链路的噪声温度对链路状态的影响建模为两状态马尔科夫链的Gilbert-Elliot信道并以此设计信道的预测算法。理论分析表明，随着预测步长的增加，信道状态的预测准确性会逐渐下降。基于此，提出一种结合异步CFDP协议的传输模式，通过异步反馈前一天气状态信息以辅助减小预测模型的步长，最后结合Gilbert-Elliot信道模型和异步CFDP传输模式设计了一种低误差的天气状态预测模型，为设计自适应编码传输方案提供相关的参数。其次，针对给定噪声阈值下，天气状态转换对下行链路丢包率的跳变影响，设计了一种基于天气状态转换的RS码与弱鲁棒孤波分布LT码的级联分组纠删编码技术。通过预测模型提供的信道参数，自适应地调整级联码的码率，以保证Ka频段的数据链路的连续通信能力以及有效吞吐量。仿真验证了级联编码方案可实现Ka频段下行链路的数据分组前向纠删保护，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。最后，本文研究了新兴的系统喷泉码的编码方式，以降低在深空通信硬件受限条件下的编译码复杂度。参考现有的级联交织系统编码方案，通过对输出节点度分布的深入研究设计一种迭加的拟合方法，获得了一种适用于深空通信环境的系统喷泉码度分布函数——迭加度分布（Superposed Degree Distribution—SPDD）。SPDD度分布应用在系统喷泉编码过程中，能够在保持线性复杂度的同时，有效地增加对输入信息的全选概率，以保证在实际系统中的译码恢复概率。相对于级联码的自适应传输方案，系统LT码的自适应数据传输方案可以省略预编码过程，降低编码复杂度；同时其译码性能并未有所下降，甚至可通过调节参数变化使译码性能有所提升，有效提高了纠删码应用于深空通信可靠数据传输过程中的实用性。仿真证明，使用SPDD的系统LT码在译码性能上明显优于使用传统度分布的系统Raptor码。
杜超[4]2009年在《深空通信中喷泉码编译码性能研究》文中认为深空通信面临着链路衰耗严重、误码率高、传输时延巨大、链路易中断等卫星和地面无线通信所不具备的特殊问题。信道编码作为保证通信系统可靠性的关键技术,对于解决上述问题具有重要意义。传统信道编码主要面向信息比特流进行,对于超出纠错能力的译码错误引起的传输帧错误需要加以其它手段来克服,而这些技术多不适用于深空通信的特殊环境。喷泉码作为新近出现的纠删码方法,具有传统纠删码所不具备的“无率”和“一致”特性;同时具有较低的编译码复杂度,因而成为性能优异且现实可行的纠删码方案。采用喷泉码作为应用层纠删码,与物理层信道编码的有机结合能够克服深空通信误码率高、时延巨大及链路易中断等问题,对深空通信系统的可靠实现具有重要意义。本文从实际应用出发,以喷泉码为重点;首先简要介绍了深空通信信道编码及喷泉码技术的研究现状。在此基础上,详细介绍了3种具体的喷泉码编码方法并简要分析了喷泉码编译码基本原理和编码信息传递方法。随后,本文深入讨论了喷泉码编译码器设计中的若干关键问题,并以LT码和系统Raptor为代表,对具体编译码方法对喷泉码译码失败概率的影响进行了分析。最后,本文通过将物理层编码信道等效为上层编码删除信道,建立起深空通信编码仿真系统,并研究了喷泉码在深空AWGN信道条件下的误帧率性能;结果表明,基于系统Raptor码和Turbo码的深空通信级联编码方案,不仅能够高效恢复丢失分组,而且其无码率特性适合于动态调整编码符号数目,极大地提高了系统灵活性,可以为深空通信提供一种高效、可靠的差错控制机制。
黎勇, 王琳, 魏琴芳, 徐位凯[5]2010年在《GF(2~2)域上的LDPC码在深空通信中的应用研究》文中研究说明提出了一种近似等效信道模型,实现了GF(22)域上的LDPC码在深空通信系统中的嵌入设计。仿真结果表明:当数据帧长为1784bits,biterrorrate(ber)为2×10-6,采用FFT-BP译码算法,50次迭代时,GF(22)域上的LDPC码相比RS码与卷积码级联码具有4.8dB的编码增益;如果采用MAX-LOG-BP简化译码算法,10次迭代时,前者仍然能获得约3.8dB的增益,且复杂度可以接受。
欧阳成[6]2009年在《深空通信中LDPC码编码方法研究》文中提出深空通信具有信噪比低、信号损失严重的特点,需要性能良好的信道编码技术来保证信息传输的可靠性。作为一种高增益的信道编码技术,低密度奇偶校验(LDPC)码具有诸多优点,在深空通信领域具有广阔的应用前景。如何设计出适合于深空通信的实用LDPC码,是一个值得研究的问题。首先,在讨论LDPC码理论的基础上,分析对比了几种常用的校验矩阵构造方法及其编译码算法。实验表明,RU算法可以有效解决LDPC码的快速编码问题,和积译码算法可以获得优良的译码性能,二者均可应用于深空通信中。然后,结合深空通信的特点,重点研究了LDPC码的校验矩阵构造问题。将两种适合于深空通信的校验矩阵构造方法相结合,提出了一种新的QCE-PEG算法。该方法设计的校验矩阵,围长较大且分布均匀,同时能够满足优化度分布的要求。实验表明,用QCE-PEG法设计的LDPC码,其性能不仅优于PEG码,且其设计简单,编码快速,有着良好的应用前景。最后,对正则与非正则LDPC码的性能进行了分析,分析认为1/3码率的非正则LDPC码更适合于深空通信的要求。设计方案时先采用QCE-PEG法构造校验矩阵,用RU算法进行快速编码,然后采用和积译码算法进行译码,并联合SPC码进一步降低译码门限与误码平层,进而设计出了适合于深空通信的具体编译码方案。结果表明,所设计的LDPC码在接收信噪比Eb/N0>0.7dB时,能够达到BER<10-5要求。
朱宏杰[7]2009年在《喷泉码编译码技术与应用研究》文中进行了进一步梳理近年来,以数字喷泉技术为基础的广播/组播解决方案凭借其技术优势,受到学术界和产业界的广泛关注。本论文以数字喷泉技术中使用的喷泉编码为研究对象,结合多媒体通信和深空通信等应用,在喷泉码编码设计、译码性能改进、应用方案设计等方面进行了研究,为喷泉码从理论走向实际应用作出了一定的贡献。主要研究成果包括如下四个部分:首先,从编码器的角度出发,针对传统喷泉码码长较长的问题,研究了短码长喷泉码的设计。在传统喷泉码编译码算法的框架下,通过优化编码度分布函数,得到了码长为103量级的实用短码长喷泉码,从而减小了译码端的译码延迟,降低了对缓存空间的要求,扩展了喷泉码在实时多媒体应用和存储资源受限系统中的应用。其次,从译码器的角度出发,提出了一种改进的BP译码算法。该算法通过更充分地利用传统译码器失败之后的剩余有用信息,提高了译码性能。仿真结果表明,与传统BP译码算法相比,对于典型的开销为5%码长为104的LT码,该算法可将译码成功率提升18.3%,达到98.2%,接近最大似然译码的译码成功率,有效提高了数字喷泉系统的通信可靠性。由于该算法保留了迭代译码的算法框架,因此仍然保留了低复杂度的优点。再次,针对高差错、无反馈、低冗余的通信应用环境,提出了一种具有UEP能力的喷泉码,将它与信源分层编码相结合,实现了一种增量喷泉传输方案。该方案根据信源信息重要性的差别,调整信息的发送比例,以提高整体用户满意度的方式改善了通信有效性。针对所提的具有UEP能力的喷泉码,研究了控制信息发送比例的调度方案的优化方法,给出了分别以最大化用户满意度和最小化系统开销为目标的两个最优化模型与求解方法。仿真表明,该UEP喷泉码可提升10%~15%的用户满意度。最后,针对深空通信具有功率限制和编码增益要求的特殊应用,研究了喷泉码的实用选择方法。通过考察喷泉码的引入对编码增益带来的影响,提出了喷泉码特征斜率的概念,据此给出了为任意给定物理层编码选择可用喷泉码码型的方法。研究结果表明,采用良好的喷泉码能够带来一定的编码增益,可以满足深空通信的应用要求。
韩超[8]2013年在《面向CCSDS标准的深空通信信道编译码算法研究》文中指出在深空通信中，由于极低的信噪比环境，保证通信的可靠性成为其一大重点和难点。解决这一问题的有效手段是采用信道编译码技术。Turbo码和LDPC码是两种性能优异的信道编码方式，被CCSDS作为深空通信应用的标准。本文在对这两种编码方式国内外研究现状调研的基础上，对它们的编译码算法分别进行了分析，重点研究了它们在深空通信中的应用，并通过仿真比较了它们各方面的性能。首先，对LDPC码的编译码算法进行了研究。分析了几种常用的LDPC编译码方式，重点是QC-LDPC编码算法和最小和译码算法及其改进算法，并探讨了深空通信中LDPC码的应用。然后，对Turbo码的译码算法进行了研究。这一部分主要分析研究了MAP算法、Log-MAP算法及其改进算法，并对深空通信中使用的Turbo码编码器和译码器进行了分析。最后，使用MATLAB分别对CCSDS标准中推荐的LDPC码和Turbo码进行了仿真，比较了不同译码方式、不同迭代次数以及不同码长、码率等条件下的译码性能，并对这两种编码方式的编码效率、编译码复杂度及数据传输速率等性能进行了比较分析。总体来说，本文在学习和理解现有编译码理论的基础上，对LDPC码和Turbo码的编译码算法进行了推导，特别是对CCSDS标准中的这两种码进行了详尽的仿真，这一工作对工程应用具有很强的指导意义。
屠坤[9]2015年在《基于无速率编码的深空通信传输技术及系统设计》文中认为由于深空通信环境具有传播时延大、信噪比极低和信道动态变化等特点,人们一直在探索能够在深空通信中进行高效可靠传输的技术。现有的技术都是利用具有极强纠错能力的级联码或者Turbo码来实现可靠传输,但是这些固定码率的纠错码无法在信道动态变化的过程中实现高效传输,而且需要大量的反馈信令信息。无速率码,作为一种新型的信道编码,具有很好的自适应信道调节码率特性以及需要极少反馈信息的优良特性。这些特性使得无速率码可以很好的适应深空通信环境。本文主要研究了基于无速率编码的深空通信传输系统的设计及其在Sora平台上的实现验证,相关研究内容如下：提出了一种可以改进无速率码译码性能的自适应符号消除编码算法,并设计了一种无速率码编译码的高效实现机制。在普通的无速率编码过程中,每次选择编码的输入符号时都是随机选择的。但是某些输入符号可能已经连接了足够多的编码符号,可以获得足够的译码信息去成功译码。在后面的编码过程中继续选择对这些输入符号进行编码对提高无速率码整体的译码性能并没有太多帮助。于是我们设计了自适应符号消除编码算法,其基本思想是在编码的过程中及时移除那些已经获得足够译码信息的输入符号,从而使得译码信息分配的更加合理。仿真证明采用自适应符号消除编码算法得到的Raptor码比普通的Raptor码的译码性能有明显的改善。我们提出的无速率的编译码的高效实现机制为,对无速率码编码时通过将生成矩阵直接转成对应的异或表达式,并同时对多路比特进行并行编码,可以极大降低编码复杂度；译码时则采用复杂度最低的串行BP迭代译码算法,再加上渐进译码、多线程技术、查表法以及基于单指令多数据流函数的并行处理等技术,最大程度的降低译码时延。设计了一种基于无速率编码的自适应码率调节流水线传输系统。我们首先针对无速率码的传输特点提出了数据拆分和子帧封装的机制,即发送端先将原始数据包进行无速率编码,产生足够数量的编码包。然后将编码包按照一定的长度均匀划分为多段,最后将每一段编码数据分别进行调制然后封装为一个个子帧。同时也设计了采用子帧封装机制时的物理层帧结构,即帧头除了传统的帧头需要携带的信息外,还携带数据包的序号和子帧的编号信息。在设计了帧结构后,然后又基于半双工通信方式设计了基于无速率编码的流水线传输机制。在该流水线传输机制中,发送端一边发送当前数据包的编码子帧,一边对下一个数据包进行编码调制和子帧封装；接收端则一边接收当前数据包的数据,一边对之前的数据包进行译码。在接收端成功译码时,发送端发完当前数据包的编码子帧后,即可以接收到上一个数据包的ACK帧；如果接收端译码失败,在发送端在等待ACK超时后会再发送之前数据包的冗余编码子帧,而接收端在收到冗余子帧后会联合之前收到的编码符号一起进行联合译码。最后设计了一种基于线性加权的自适应调整算法,即根据前面数据包的译码情况自适应调整后面数据包首次发送的子帧数,从而使得该传输系统能够随着信道环境的变化自适应将系统的传输码率调整到最佳传输码率。基于Sora平台设计并实现了国内第一套在物理层基于无速率编码的实际通信系统。Sora平台是微软亚洲研究院开发的一套基于商用PC架构的全编程的软件无线电平台,其不仅具有较好的信号处理能力,而且具有高度灵活的可编程控制性。基于Sora平台的特点,我们设置了系统的相关参数,并实现了前面设计的无速率编码传输系统。另外为了模拟深空通信环境特点,我们在接收端收到的信号上迭加了高斯噪声,使得接收端的接收信噪比极低,并可以通过外界控制信噪比的变化,即模拟深空通信信道的动态变化特性。最后我们测试了在Sora平台实现的无速率码传输系统的相关性能参数。通过测试结果证明该传输系统具有极高的信道利用率,在低信噪比下也具有较高的吞吐量性能和比特信噪比性能,并且在信道动态变化时能够很好的自适应调整传输码率为最佳的传输码率。
周玉佳[10]2010年在《深空通信下喷泉码及其级联编译码技术研究》文中指出伴随着数字喷泉技术在多媒体通信和深空通信下的推广,数字喷泉技术日趋走向成熟,其无码率和无反馈信息的特点在广播类信道下的优势也越来越明显。本论文以数字喷泉编码为研究对象,对喷泉码的编译码设计和改进以及在实际环境下的应用进行了研究,对喷泉码的理论和实际应用都具有一定的贡献,主要的研究成果包括以下几个方面:首先,介绍了课题的研究背景和来源,对数字喷泉码的发展进行了介绍,并介绍了依次出现的数字喷泉码,对于目前应用比较广泛的LT码、Raptor码给出了具体的编译码步骤,为后面LT码的研究奠定了基础。其次,通过对LT码编译码过程的研究,确定生成矩阵的结构在一定程度上决定了码字的性能和编译码的复杂度,而生成矩阵主要由度分布函数和自身结构的影响。因此分析了各种不同的度分布下的喷泉码的性能,并考虑了影响生成矩阵结构的因素,对全选、随机和平均的节点分布进行了性能分析,同时针对小环在生成矩阵中带来的反馈影响,提出了采用PEG算法消除生成矩阵中的短小环,并采用较为平均的度完成节点的全覆盖,从而得到更好的生成矩阵,提高译码成功率,有效提高了数字喷泉系统的可靠性。再次,对于喷泉码的译码算法进行分析,使用类似LDPC译码的迭代算法对LT译码算法进行分析,并对系统的LT码进行了软译码的系统仿真,给喷泉码的译码方法提供了新的思路。最后,从喷泉码的应用范围出发,传统的LT码只能应用于删除信道下,在非删除信道下其性能表现较差,为了能够将喷泉码应用于非删除信道,采用级联的方式来解决,通过级联具有较强差错保护能力的码字,将非删除信道等效为删除信道,从而实现在高斯信道等其他信道下的传输。LDPC码和Turbo码作为目前已知的最接近香农限的码字,作为内码实现喷泉码的级联设计,在仿真结果中显示,级联码虽然在性能上没有非常明显的提高,但是对喷泉的前向纠错的思想以及应用范围的推广都有一定的贡献。
参考文献：
[1]. 深空通信中的LDPC编译码技术的研究[D]. 任明禄. 西安电子科技大学. 2007
[2]. 深空通信中RS码的编译码算法研究[D]. 许拔. 国防科学技术大学. 2004
[3]. 深空Ka频段自适应喷泉码技术研究[D]. 周洁. 哈尔滨工业大学. 2012
[4]. 深空通信中喷泉码编译码性能研究[D]. 杜超. 哈尔滨工业大学. 2009
[5]. GF(2~2)域上的LDPC码在深空通信中的应用研究[J]. 黎勇, 王琳, 魏琴芳, 徐位凯. 系统仿真学报. 2010
[6]. 深空通信中LDPC码编码方法研究[D]. 欧阳成. 西安电子科技大学. 2009
[7]. 喷泉码编译码技术与应用研究[D]. 朱宏杰. 清华大学. 2009
[8]. 面向CCSDS标准的深空通信信道编译码算法研究[D]. 韩超. 哈尔滨工业大学. 2013
[9]. 基于无速率编码的深空通信传输技术及系统设计[D]. 屠坤. 浙江大学. 2015
[10]. 深空通信下喷泉码及其级联编译码技术研究[D]. 周玉佳. 哈尔滨工业大学. 2010
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