深空通信中喷泉码技术研究

深空通信时延长、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,决定了编译码技术成为深空通信中的一个难点问题。介绍了喷泉码的基本概念和特点,分析了喷泉码的全选问题、阶的分布问题和译码算法以及LDPC译码算法的性能等问题,提出了在深空通信中采用内码为LDPC码、外码为喷泉码的级联码方式,分析了该级联码的性能。结果表明,该码具有较好的性能以及与码长成线性关系的译码复杂度,能够满足深空通信对于信息传输可靠性的要求,满足通信质量要求,在深空通信中有很大的应用潜力。     

深空通信中Turbo编译码设计与性能仿真

深空通信信号传输距离遥远,能量衰减大,接收信号微弱,必须采用高增益的信道编码技术来提高接收能力.针对深空微弱信号处理的实际要求,介绍了Turbo码的编译码原理,详细分析了各编码参量和译码算法对性能的影响,将先进的二次置换多项式(QPP)交织器和线性拟合Log-Map译码算法结合,提出了一种新的深空编码实现方案,降低了交织器对存储的要求和译码算法的复杂性,减少了计算量,节省了存储空间.通过参量优化设计,提高了纠错性能.仿真实验结果表明:设计能够满足微弱信号低信噪比要求,而且易于物理实现.     

GF(22)域上的LDPC码在深空通信中的应用研究

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。     

基于规则变量节点度LT码的协作传输

规则变量节点度Luby变换（Luby transform, LT）码能够改善传统LT码编码过程中随机选取邻居节点方式导致的差错平台现象。提出一种新的实现规则变量节点度LT的编码方法,利用数组的赋值和清空操作来实现信息符号度值规则化,降低了现有方法的编码复杂度,并利用对度分布的修正来改善解码瀑布区;将该编码方法应用到协作通信系统中,并分析了误符号率性能。实验结果表明,此方法能节省系统编解码时间,有效降低误符号率差错平台,减少成功解码所需的平均传输开销。     

一种改进的UEP喷泉码算法及其在FGS系统中的应用

在网络视频流的传输中,针对可分级视频编码（scalable video coding, SVC）的精细粒度质量可分级(fine grain quality scalable, FGS)方式,提出了一种改进的不等差错保护(unequal error protected, UEP)的喷泉码算法,并将UEP喷泉码与FGS结合,得出了改进UEP喷泉码的FGS系统。其核心思想是对FGS中的基本层与增强层截取不等长度的原始信息,利用喷泉码译码概率对原始信息长度敏感的特性,使得FGS的基本层数据与增强层数据以不等的概率译码。在无反馈信道的情况下,保证了基本层的优先性,提高信道利用率,并且喷泉码可以自适应网络信道环境,接收端可以根据具体的网络环境,以最大概率恢复出当地的原始信息。理论分析和仿真结果表明,采用UEP喷泉码的FGS系统,能够很好地实现基本层与增强层的数据不等保护能力,提高了传统FGS系统的性能。     

RaptorQ喷泉码编译码算法分析及优化

RaptorQ喷泉码是喷泉码的最新研究成果,理论分析和仿真验证表明,RaptorQ喷泉码是性能最好的喷泉码,同时也是编译码复杂度最高的喷泉码。针对RaptorQ喷泉码编译码复杂度高这一问题,以国际标准RFC6330所设计的RaptorQ码编译码流程为基础,提出一种RaptorQ编译码算法的优化版本。新的编译码流程通过固定生成矩阵的方式提前计算好生成矩阵并存储,方便随时调用;通过提前列变换的方式规避多次寻找标准行和高斯消去操作,以及通过去稀疏化的方式,减少编译码过程中的矩阵乘法和异或运算。仿真比较优化前后的编译码算法,结果表明,优化后的RaptorQ码编译码流程能够在保证传输性能不变的同时,减少RaptorQ喷泉码编译码基本运算次数、缩短RaptorQ喷泉码编译码的时间,降低了编译码的计算复杂度,并保持了传输性能。     

协作通信中继选择与功率分配的联合优化

最优中继节点的选择是协作通信系统必须解决的问题。根据目标节点信噪比要求提出一种选择中继节点的方案,并在此基础上推导了基于信噪比的源节点和中继节点最优功率分配方法。通过在matlab中仿真验证表明所提的功率分配方案能满足目标用户的信噪比要求,分析结果表明采用源节点的最优功率分配方案更有利于提高系统的功率效率。

Abstract：

The relay selection is one of the important parts in relay cooperative communication system.A strategy for relay nodes selection was proposed which based on signal to interference plus noise ratio constraints.The optimal solution for the power adaptation at the base station and the relay nodes was analyzed.Simulation results show that the proposed scheme achieves the respective target for multiple users.Results indicate that the optimally distributes power among the source nodes can improve system performance and energy efficiency,thus can be effectively used in cooperative communications.     

一种频域RS-LT级联码在短波通信中的应用研究

针对短波通信中同时存在误码和丢包的特点,提出了一种频域RS码与数字喷泉码串行级联的纠错纠删编码算法,并在FPGA芯片及短波电台终端上予以实现。频域RS码作为外码,LT码作为内码,使RS码和LT码互相促进,同时实现纠删和纠错,这是单独采用两种编码方法都无法达到的。仿真表明RS-LT级联编码可提高LT码译码成功概率。同时短波信道实测结果表明,编码模块的应用可有效提高短波电台正确接收概率。     

分布式存储系统中新型可修复喷泉码构造

为了缓解可修复喷泉码(repairable fountain codes,RFC)编码包传输需消耗大量带宽资源的难题,提出了一种基于改进压缩列存储算法的新型RFC构造方法(RFC based on improved compressed column storage,ICCS-RFC).对于ICCS-RFC方案,编码包...     

Raptor码在下行协作无线蜂窝系统中的研究

不同于传统的采用固定码率编码的协作中继系统,在发送端不知道信道状态信息(channel state in formation,CSI)时,提出协作蜂窝系统下行链路中使用无限码率Raptor码及分布式空时分组码(distributed space-time block code,DSTBC)的新方案,并研究该方案有效性、可靠性和健壮性的问题。理论分析和仿真结果证明,当发送端不知道CSI时,结合应用Raptor码和DSTBC,即使在低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)环境中仍能降低总传输时间及能量消耗,给无线蜂窝系统带来显著的性能增益。     

Reliable transmission of consultative committee for space data systems file delivery protocol in deep space communication

In consultative committee for space data systems (CCSDS) file delivery protocol (CFDP) recommendation of reliable transmission, there are no detail transmission rocedure and delay calculation of prompted negative acknowledge and asynchronous negative acknowledge models. CFDP is designed to provide data and storage management, story and forward, custody transfer and reliable end-to-end delivery over deep space characterized by huge latency, intermittent link, asymmetric bandwidth and big bit error rate (BER). Four reliable transmission models are analyzed and an expected file-delivery time is calculated with different transmission rates, numbers and sizes of packet data units, BERs and frequencies of external events, etc. By comparison of four CFDP models, the requirement of BER for typical missions in deep space is obtained and rules of choosing CFDP models under different uplink state informations are given, which provides references for protocol models selection, utilization and  odification.     

基于SOPC的深空目标实时跟踪系统

提出一种用可编程片上系统技术实现深空目标检测跟踪系统的方法,该系统采用单片FPGA构建双核系统,其中一个CPU进行检测跟踪,另一个CPU进行通信控制,将软硬件设计有机融为一体。根据不同算法对数据精度要求的不同,将浮点运算和定点运算结合在一起,并使用定制指令、自定义逻辑和C2H等硬件加速技术,减少了处理时间。实测结果表明,该系统可对深空红外目标进行实时检测跟踪。     

Adaptive link layer security architecture for telecommand communications in space networks

Impressive advances in space technology are enabling complex missions, with potentially significant and long term impacts on human life and activities. In the vision of future space exploration, communication links among planets, satel ites, spacecrafts and crewed vehicles wil be designed according to a new paradigm, known as the disruption tolerant networking. In this scenario, space channel peculiarities impose a massive reengineering of many of the protocols usually adopted in terrestrial networks; among them, security solutions are to be deeply reviewed, and tailored to the specific space requirements. Security is to be provided not only to the payload data exchanged on the network, but also to the telecommands sent to a spacecraft, along possibly differentiated paths. Starting from the secure space telecommand design developed by the Consultative Committee for Space Data Systems as a response to agency-based requirements, an adaptive link layer security architecture is proposed to address some of the chal enges for future space networks. Based on the analysis of the communication environment and the error diffusion properties of the authentication algorithms, a suitable mechanism is proposed to classify frame retransmission requests on the basis of the originating event （error or security attack） and reduce the impact of security operations. An adaptive algorithm to optimize the space control protocol, based on estimates of the time varying space channel, is also presented. The simulation results clearly demonstrate that the proposed architecture is feasible and efficient, especially when facing malicious attacks against frame transmission.     

基于频域互相关序列与峰值检测的空频分组码盲识别算法

针对复杂电磁环境和非协作通信条件下空频分组码(space-frequency block codes, SFBC)信号识别困难、对先验信息要求高的问题, 提出一种基于频域互相关序列与峰值检测的SFBC盲识别方法。首先,通过分析SFBC信号的编码特点, 计算得到发送端的互相关函数。然后,考虑频率选择信道、多径传播和噪声的影响, 推导了接收信号的互相关函数, 并对其进行傅里叶变换得到频域互相关序列。最后,根据频域互相关序列检测其峰值位置识别发射端编码方式。推导和实验结果表明, 该算法在低信噪比下的识别性能较好, 并且对时间偏差和频率偏差等情况的适应性较强, 在复杂电磁环境下具有较好的识别性能, 能够应用在认知无线电和频谱检测等场合。该算法不需要知道信道和噪声的先验信息、正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)块大小以及接收端和发射端的同步信息, 非常适合于电子侦察等非协作通信场合。     

多目标连续小推力深空探测器轨道全局优化

以燃料消耗量最小和飞越小行星最多为性能指标,对多目标连续小推力深空探测器轨道优化,给出了一种组合优化算法。该组合优化算法由全局优化和局部优化组成。全局优化为粗略设计,首先,利用动态规划法全局优化来确定探测系列,即确定从地球出发依次探索的各个小行星以及时间节点;利用静态参数优化算法(即穷举法),在一个大的搜索空间内全面搜索每段飞行轨道的发射窗口,同时,得到每段轨道次优飞行轨道及次优的控制律。然后利用共轭梯度法局部优化来求解每段轨道两点边值问题,获得最优的飞行轨道及最优的控制律。     

GPS信号空时处理后码跟踪误差的补偿方法

全球卫星定位系统（global position system, GPS）接收机使用空时自适应处理能够增益信号并抑制干扰,但空时自适应处理结构影响GPS信号的定位精度。首先推导空时自适应处理后,GPS信号与参考信号的相关波形,分析了空时处理对码跟踪的影响。然后在码跟踪过程中改进本地参考信号以补偿相关波形的误差,减少空时自适应处理后的码跟踪精度损失。仿真和实测结果验证了算法的有效性。     

基于互相关特征图和扩张稠密卷积网络的SFBC-OFDM识别方法

针对传统的空频分组码(space-frequency block code, SFBC)识别方法存在人工提取特征困难、低信噪比(signal to noise ratio, SNR)下识别准确率低和不适用于非协作通信的问题, 提出一种基于互相关特征图和扩张稠密卷积网络的SFBC自动识别方法。首先,计算接收端频域上的互相关函数并进行维度变换, 得到二维互相关特征图。然后, 对得到的特征图进行预处理以扩大卷积核感受的有效区域, 去除图像冗余信息。最后,构建扩张稠密卷积网络以自动提取预处理图像特征, 实现SFBC分类识别。仿真结果表明, SNR为-8 dB时, 该方法对SFBC信号的识别准确率达到了96.1%。相比于传统算法, 该方法具有更好的抗低SNR和特征自提取能力, 验证了深度学习方法在SFBC识别领域的有效性, 为该领域的后续研究奠定了基础。