深空通信中基于Spinal碼的傳輸機(jī)制研究.pdf

1、隨著航天技術(shù)的發(fā)展，世界各國越來越重視深空探測(cè)。而深空通信在深空探測(cè)任務(wù)中起著關(guān)鍵作用。但深空環(huán)境的大尺度距離跨度、高動(dòng)態(tài)、傳播環(huán)境特性復(fù)雜等特征，對(duì)深空數(shù)據(jù)信息的高質(zhì)、高效、高可靠實(shí)時(shí)傳輸提出了極大挑戰(zhàn)。除了傳統(tǒng)的應(yīng)對(duì)方式（增加接收/發(fā)射天線尺寸、提高載波、增加發(fā)射功率等）之外，高效的信道編譯碼技術(shù)和合理的傳輸機(jī)制也起著關(guān)鍵的作用。
　　新近提出的Spinal碼是一種全新的、在BSC（二進(jìn)制對(duì)稱信道）、AWGN（加性高斯白噪聲信

2、道）上均能實(shí)現(xiàn)近容量限傳輸?shù)臒o速率編碼方式，相比傳統(tǒng)的高增益固定速率編碼（如LDPC碼），Spinal碼在極寬的信噪比范圍內(nèi)尤其是低信噪比情況下均獲得了更好的性能，同時(shí)編譯碼復(fù)雜度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的高增益固定速率編碼。鑒于此，本文將 Spinal碼引入深空通信中，并重點(diǎn)結(jié)合應(yīng)用層數(shù)據(jù)壓縮、傳輸層數(shù)據(jù)糾刪和數(shù)據(jù)鏈路層/物理層Spinal編碼以及LTP文件傳輸協(xié)議，設(shè)計(jì)了一種面向DTN（Delay/DisruptionTolerant Netwo

3、rk）協(xié)議?？蚣艿目鐚勇?lián)合傳輸機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)深空數(shù)據(jù)信息的可靠、高效傳輸。
　　本文首先利用Markov預(yù)測(cè)和反饋信息實(shí)現(xiàn)了發(fā)送策略的動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而不等待反饋，持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。然后，本文建立了一種跨層聯(lián)合優(yōu)化模型。以探測(cè)圖像為例，對(duì)應(yīng)用層的圖像壓縮、傳輸層的數(shù)據(jù)糾刪以及數(shù)據(jù)鏈路層/物理層的Spinal編碼進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，使得傳輸每一幅圖像所需的符號(hào)數(shù)最小。在應(yīng)用層和傳輸層，利用了信息與應(yīng)用數(shù)學(xué)領(lǐng)域近年來新提出的壓縮感知（Compress

4、ed Sensing，CS）技術(shù)進(jìn)行圖像壓縮。與傳統(tǒng)壓縮相比，CS壓縮編碼復(fù)雜度低，可以實(shí)現(xiàn)高效率壓縮，同時(shí)，CS壓縮還具有潛在的糾刪功能，因此將CS應(yīng)用到應(yīng)用層的圖像壓縮和傳輸層的數(shù)據(jù)糾刪中。最后，在基于Spinal碼的Markov預(yù)測(cè)和跨層聯(lián)合優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種跨層聯(lián)合優(yōu)化傳輸機(jī)制，使每次傳輸所發(fā)送的編碼符號(hào)數(shù)最少，在傳輸過程中不等待反饋，收到反饋時(shí)處理反饋，根據(jù)反饋信息和Markov預(yù)測(cè)決定下一時(shí)刻的發(fā)送策略，從而持續(xù)發(fā)送