深空通信中編碼與調(diào)制技術(shù)研究.pdf

1、深空探測(cè)的主要目的是開(kāi)發(fā)和利用空間資源、擴(kuò)展人類(lèi)的生存空間,為人類(lèi)社會(huì)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。它集中展示了一個(gè)國(guó)家的科技發(fā)展水平和綜合國(guó)力,具有很強(qiáng)的軍事、政治意義。我國(guó)也已開(kāi)始了以月球探測(cè)為起點(diǎn)的深空探測(cè)研究。
　　 深空通信系統(tǒng)的性能直接決定深空探測(cè)的成敗。為應(yīng)對(duì)深空通信面臨的挑戰(zhàn),通過(guò)建立深空網(wǎng)、加大地球站和探測(cè)器天線(xiàn)口徑、增加探測(cè)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(xiàng)措施最大可獲取鏈路增益92.64dB,但對(duì)冥王星這種距離的目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)時(shí),信號(hào)傳輸路徑損失尚有8.897～13.776dB未得到補(bǔ)償。本文工作重點(diǎn)是研究如何通過(guò)信道編碼和恒定包絡(luò)調(diào)制來(lái)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(hào)次最佳接收中具有舉足輕重的地位,本文首先補(bǔ)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(duì)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(hào)簡(jiǎn)化接收機(jī)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。在補(bǔ)充證明中,提出了同類(lèi)項(xiàng)的確認(rèn)及同類(lèi)項(xiàng)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(jī)。通過(guò)比較傳統(tǒng)QPSK中相鄰兩個(gè)QPSK符號(hào)對(duì)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(guò)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(hào)具有嚴(yán)格恒定包絡(luò)。通過(guò)對(duì)全響應(yīng)CPQPSK信號(hào)在任意符號(hào)間隔內(nèi)IQ路基帶信號(hào)的分析,得出了CPQPSK的基于XTCQM的發(fā)射機(jī)描述和對(duì)應(yīng)的最佳接收機(jī)。仿真結(jié)果表明同參數(shù)下CPQPSK信號(hào)的帶寬效率高于SOQPSK信號(hào),全響應(yīng)CPQPSK與SOQPSK信號(hào)的抗噪聲性能相同。
　　 3.提出了CPQPSK信號(hào)基于LD的簡(jiǎn)化接收機(jī)。對(duì)CPQPSK信號(hào)

5、進(jìn)行了LD,找出了主脈沖,并設(shè)計(jì)出了基于LD的全響應(yīng)CPQPSK接收機(jī),仿真結(jié)果表明信噪比在3dB以上時(shí),僅用三個(gè)匹配濾波器的簡(jiǎn)化接收機(jī)可以達(dá)到XTCQM表示時(shí)用8個(gè)匹配濾波器的最佳接收機(jī)的性能。
　　 4.提出了一種基于計(jì)算機(jī)搜索的LDPC碼系統(tǒng)碼化及其高效編碼方法?；谟?jì)算機(jī)搜索的LDPC碼系統(tǒng)碼化的方法,不會(huì)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(yàn)矩陣排序的盲目性和復(fù)雜度。對(duì)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(yàn)位相結(jié)合的方法,最大限度的利用了LDPC碼校驗(yàn)矩陣的稀疏性和LDPC碼譯碼器硬件平臺(tái),從而使編碼復(fù)雜度與碼長(zhǎng)呈正比,而且具有并行編碼的能力,并降低了硬件實(shí)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(shí)時(shí)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(guò)對(duì)接收緩沖器內(nèi)未

7、恢復(fù)數(shù)據(jù)包附加信息的簡(jiǎn)單運(yùn)算,提高了譯碼成功概率,減少了譯碼等待時(shí)間。在深空信道上引入RS+CC級(jí)聯(lián)碼構(gòu)建了不同刪除概率的刪除信道,并仿真了多個(gè)刪除信道上級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的性能。
　　 6.設(shè)計(jì)了q-LDPC碼,利用q-LDPC碼在深空信道上構(gòu)造了另一類(lèi)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(shí),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