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深空通信中喷泉码技术研究及协议仿真

姚文顶  
【摘要】: 深空探测是指对月球和比月球更远的天体和空间进行的探测,对实施深空探测的航天器进行测控通信的系统称为深空测控通信系统。深空通信的基本特点是距离远、时延大、链路易中断、丢包率大、上下行链路带宽不对称、工作频率高和频带资源丰富等。这些特点决定了深空通信是深空探测的一个难点问题。本文根据这些特点,对深空通信中关键技术之一——信道编译码技术进行了初步的探讨,提出了LDPC-Fountain码,并进行了分析和性能仿真以及对深空通信中采用的通信协议进行了仿真平台的设计。 本文首先介绍了喷泉码的基本概念和特点,然后对喷泉码的的关键问题进行了理论分析和仿真,其中包括全选问题、阶的分布问题和编译码算法;以及介绍了LDPC码的特性、结构、校验矩阵的构造方法和编译码算法,并对LDPC码的译码算法和码长对LDPC码性能的影响进行了仿真研究。在此基础上提出了在深空通信中基于喷泉码的编译码方案——采用内码为LDPC码,外码为喷泉码的LDPC-Fountain码,并分析了LDPC- Fountain码的性能和译码复杂度。 本文结合STK和Socket编程实现了Deferred NAK CFDP协议仿真平台的设计。本文详细介绍了深空通信中的协议、Deferred NAK CFDP协议、Socket编程和STK相关内容,并在此基础上对仿真平台的设计进行了比较详细的介绍,设计了仿真平台的结构,并详细设计了涉及到的三个对象。 仿真结果表明本文提出的LDPC-Fountain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,在深空通信中有很大的应用潜力。本文设计的Deferred NAK CFDP协议的仿真平台以及基于STK的仿真场景演示平台,为协议的理论研究提供了直观的参考和验证。


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