深空通信中SPINAL碼的應(yīng)用研究.pdf

1、深空通信傳輸距離遠(yuǎn)，空間節(jié)點(diǎn)間隔跨度大，導(dǎo)致傳輸鏈路損耗大、信號衰減嚴(yán)重，信道傳輸能力有限。為了保證深空通信系統(tǒng)的傳輸能力，必須采用高增益的信道編碼技術(shù)，因而，性能優(yōu)良的信道編譯碼技術(shù)一直是深空通信的重點(diǎn)研究方向之一。目前廣泛應(yīng)用于深空通信的信道編碼是以 Turbo碼和LDPC碼為代表的系列先進(jìn)編碼技術(shù)，但這些固定速率碼通常難以適應(yīng)具有復(fù)雜時變和大損耗特性的深空信道。Spinal碼是2012年新提出的一種在BSC、AWGN上均能實(shí)現(xiàn)近容

2、量限傳輸?shù)臒o速率碼。在地面移動通信場景中，Spinal碼相比傳統(tǒng)的高增益固定速率編碼（如LDPC碼）、以及無速率編碼中改進(jìn)的Raptor碼、Strider碼等編碼算法，在極寬的信噪比范圍內(nèi)均能獲得更好的性能。Spinal碼的高增益、低復(fù)雜度、無固定碼率等特點(diǎn)顯示出其應(yīng)用于深空通信的巨大潛力，而深空場景相對地面移動通信場景的獨(dú)有特性致使 Spinal碼在深空中的應(yīng)用仍有諸多方面需要進(jìn)行深入研究。本文針對 Spinal碼在深空通信系統(tǒng)中的應(yīng)

3、用，深入地研究了適合深空信道的Spinal碼的編譯碼參數(shù)組合、星座映射調(diào)制方式以及不同信道工作模式的選擇等問題。
　　本文首先簡要地介紹和分析了深空中傳統(tǒng)編譯碼技術(shù)與無速率編碼的研究現(xiàn)狀與特點(diǎn)，闡述了Spinal碼的編譯碼原理、通過與傳統(tǒng)的深空信道編碼LDPC碼進(jìn)行性能對比，分析了Spinal碼應(yīng)用于深空通信系統(tǒng)的優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上，深入考察了Spinal碼采用不同的編解碼參數(shù)對時間復(fù)雜度和性能的影響，并據(jù)此給出了適合深空場景的Sp

4、inal碼參數(shù)優(yōu)化建議。然后，結(jié)合深空通信對頻譜效率的高要求和深空信道的非線性特點(diǎn)，研究了與 Spinal碼相匹配的調(diào)制方式，重點(diǎn)對比研究了Spinal碼采用16-APSK、16-QAM、16-PSK三種調(diào)制的性能，給出了與Spinal碼相匹配的調(diào)制方式建議。最后，由于Spinal碼既可應(yīng)用于模擬信道，也可應(yīng)用于數(shù)字信道，對比研究了Spinal碼在模擬信道和數(shù)字信道下硬解調(diào)與軟解調(diào)的性能，并給出了工作模式建議。對于數(shù)字信道工作模式下Sp

5、inal碼對軟信息的應(yīng)用，本文提出了適用于Spinal碼譯碼時高效運(yùn)用軟解調(diào)生成的軟信息的具體設(shè)計(jì)步驟。
　　研究結(jié)果表明，Spinal碼顯示出極大的深空通信應(yīng)用前景：采用256、512 bits的短碼長設(shè)計(jì)，配合以16-APSK調(diào)制的Spinal碼，在模擬信道工作模式下，譯碼性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)所采用的復(fù)雜度極高的LDPC碼，在不同的信噪比條件下均能獲得逼近Shannon限的性能，以信噪比為4 dB時為例，Spinal碼所能達(dá)到的碼率