深空通信中編碼與調(diào)制技術(shù)研究.pdf

1、深空探測的主要目的是開發(fā)和利用空間資源、擴展人類的生存空間,為人類社會的長期可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。它集中展示了一個國家的科技發(fā)展水平和綜合國力,具有很強的軍事、政治意義。我國也已開始了以月球探測為起點的深空探測研究。
　　 深空通信系統(tǒng)的性能直接決定深空探測的成敗。為應(yīng)對深空通信面臨的挑戰(zhàn),通過建立深空網(wǎng)、加大地球站和探測器天線口徑、增加探測器射頻功率、采用先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)、信道編譯碼技術(shù)、信源壓縮技術(shù)、提高載波頻率、降低接收系統(tǒng)噪聲等

2、措施,大大提高了信道的傳信能力。上述幾項措施最大可獲取鏈路增益92.64dB,但對冥王星這種距離的目標(biāo)進(jìn)行探測時,信號傳輸路徑損失尚有8.897～13.776dB未得到補償。本文工作重點是研究如何通過信道編碼和恒定包絡(luò)調(diào)制來提高深空通信系統(tǒng)的通信能力,具體內(nèi)容和研究成果如下:
　　 1.由于Laurent分解(LD)在CPM信號次最佳接收中具有舉足輕重的地位,本文首先補充證明了Laurent分解,揭示了調(diào)制數(shù)據(jù)與被調(diào)制脈沖之間的

3、一一對應(yīng)關(guān)系,使得Laurent分解結(jié)論的推導(dǎo)更為嚴(yán)格、合理,并為連續(xù)相位的QPSK調(diào)制(CPQPSK)信號簡化接收機的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。在補充證明中,提出了同類項的確認(rèn)及同類項合并的方法。
　　 2.提出了帶寬效率比SOQPSK更高、抗噪聲性能相同的CPQPSK及其全響應(yīng)最佳接收機。通過比較傳統(tǒng)QPSK中相鄰兩個QPSK符號對應(yīng)的相位星座角度差,得出了QPSK的差分編碼規(guī)則,進(jìn)而得出QPSK的CPM表示式。通過選擇非沖擊函數(shù)作為

4、頻率脈沖,達(dá)到控制相位軌跡的目的,從而得到了CPQPSK。理論分析表明CPQPSK信號具有嚴(yán)格恒定包絡(luò)。通過對全響應(yīng)CPQPSK信號在任意符號間隔內(nèi)IQ路基帶信號的分析,得出了CPQPSK的基于XTCQM的發(fā)射機描述和對應(yīng)的最佳接收機。仿真結(jié)果表明同參數(shù)下CPQPSK信號的帶寬效率高于SOQPSK信號,全響應(yīng)CPQPSK與SOQPSK信號的抗噪聲性能相同。
　　 3.提出了CPQPSK信號基于LD的簡化接收機。對CPQPSK信號

5、進(jìn)行了LD,找出了主脈沖,并設(shè)計出了基于LD的全響應(yīng)CPQPSK接收機,仿真結(jié)果表明信噪比在3dB以上時,僅用三個匹配濾波器的簡化接收機可以達(dá)到XTCQM表示時用8個匹配濾波器的最佳接收機的性能。
　　 4.提出了一種基于計算機搜索的LDPC碼系統(tǒng)碼化及其高效編碼方法。基于計算機搜索的LDPC碼系統(tǒng)碼化的方法,不會改變LDPC碼的性能,而且由于采用了最小加權(quán)和終止規(guī)則,降低了校驗矩陣排序的盲目性和復(fù)雜度。對于系統(tǒng)碼形式的LDPC

6、碼,采用基于刪除信道的消息傳遞算法和用生成矩陣直接產(chǎn)生某些校驗位相結(jié)合的方法,最大限度的利用了LDPC碼校驗矩陣的稀疏性和LDPC碼譯碼器硬件平臺,從而使編碼復(fù)雜度與碼長呈正比,而且具有并行編碼的能力,并降低了硬件實現(xiàn)復(fù)雜度。系統(tǒng)LDPC碼的信息位占據(jù)碼字中連續(xù)的一段,且位置明確,有助于信息位的獲取。
　　 5.改進(jìn)了LT碼的譯碼算法,提高了譯碼實時性和有限接收包條件下的成功譯碼概率,降低了接收緩沖器的消耗。通過對接收緩沖器內(nèi)未

7、恢復(fù)數(shù)據(jù)包附加信息的簡單運算,提高了譯碼成功概率,減少了譯碼等待時間。在深空信道上引入RS+CC級聯(lián)碼構(gòu)建了不同刪除概率的刪除信道,并仿真了多個刪除信道上級聯(lián)系統(tǒng)的性能。
　　 6.設(shè)計了q-LDPC碼,利用q-LDPC碼在深空信道上構(gòu)造了另一類等效的刪除信道,并在該信道上仿真了LT碼的性能。仿真結(jié)果表明,在包刪除概率小于0.1時,信息恢復(fù)的誤比特率以概率1趨于0。
　　 7.提出了B-LDPC編碼的CPQPSK調(diào)制。重