基于喷泉码的卫星通信方法研究

发布时间：2017-07-28 12:05

  本文关键词：基于喷泉码的卫星通信方法研究

  更多相关文章： 喷泉码 LT码 Raptor码 跨层译码算法 SR-HARQ 可靠性 时延

【摘要】：卫星通信的重要性不言而喻,但卫星通信也面临着一些现实挑战,如路径损耗大、传播时延长。传统的通信机制如前向纠错(Forward Error Correction, FEC)和自动反馈重传(Automatic Repeat Request, ARQ),无法同时满足高可靠性和低时延性的需求。喷泉码最初应用于地面多媒体广播通信中,首先,它会采用有力的的检错技术来保证只接收正确的数据包,其次,在其传输过程中不需要提供反馈重传,所以喷泉码可以在保证可靠通信的同时,降低接收端的接收时延,因此,喷泉码在卫星通信中有着巨大的应用前景。不过,将喷泉码应用于卫星通信还面临着一些问题,针对这些问题,本文完成的工作及贡献有如下两方面：1)卫星通信中会出现较多的误包,而目前主流的译码算法,如置信传播算法(Belief Propagation, BP),会浪费大量的误包。Log-BP算法虽然不会丢弃误包,但又有计算量大、不易移植的缺点,所以应用很少。针对BP等算法浪费误包的问题,本文提出了一类新型跨层译码算法,该算法在应用层采用主流的译码算法,如BP算法、Inactivation算法,在物理层引入Mining Decoding来处理误包,在Mining Decoding中,我们首先对误包进行解耦和合并,进而借助物理层本身的的前向纠错码进行数据恢复,所以该算法具有很好的兼容性和可移植性。而该算法最大的优点则是以有限的计算代价,显著提高了译码的鲁棒性,既减少了对数据包的浪费,也降低了接收端的接收时延。2)喷泉码需要一定的冗余才能完成译码,而且其冗余不具有很强的“针对性”,所以在某些条件下(如信道太好或者太差时),喷泉码可能无法降低接收时延。为此,本文研究了喷泉码相对于传统技术的时延优势区间,即研究了在哪些条件下(如轨道高度、数据速率、数据体量、信道质量、译码能力等),喷泉码会取得更小的接收时延。这里,本文选择目前主流的SR-HARQ(Selective-repeat Hybrid ARQ)作为对比基准,首先,本文提出了“相对时延”的指标,用以描述反馈对发送端造成的发送能力上的浪费,进而本文通过大量端对端的仿真,确立了在上述各种条件下,喷泉码相对于SR-HARQ的时延优势区间,从而为协议设计者在喷泉码与SR-HARQ之间的权衡调度提供良好的参考。本文的工作具有很强的实用性,一方面增强了喷泉码在无线信道中的译码鲁棒性,另一方面推动了喷泉码在卫星通信中的应用,使得卫星通信在同时满足高可靠性和低时延性方面,有了更大的选择余地。
【关键词】：喷泉码 LT码 Raptor码 跨层译码算法 SR-HARQ 可靠性 时延
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN927.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 缩略词表13-14
• 第1章 绪论14-24
• 1.1 研究背景及意义14-17
• 1.2 国内外研究现状17-20
• 1.3 本论文的研究内容20-24
• 1.3.1 本论文的贡献20-21
• 1.3.2 本论文的结构21-24
• 第2章 喷泉码的基本概念及编译码算法24-44
• 2.1 引言24
• 2.2 LT码简介24-31
• 2.2.1 LT码的编码算法25-27
• 2.2.2 LT码的译码算法27-29
• 2.2.3 LT码的性能仿真29-31
• 2.3 Raptor码简介31-42
• 2.3.1 Raptor码的编码算法32-33
• 2.3.2 Raptor码的译码算法33-36
• 2.3.3 Raptor码的性能仿真36-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第3章 喷泉码的新型跨层译码算法44-62
• 3.1 引言44
• 3.2 基于弱解耦的新型跨层译码算法44-50
• 3.2.1 跨层译码算法流程44-45
• 3.2.2 弱解耦及数据恢复45-47
• 3.2.3 数值仿真结果及讨论47-50
• 3.3 基于强解耦的新型跨层译码算法50-59
• 3.3.1 强解耦及数据恢复50-52
• 3.3.2 时间空间复杂度分析52
• 3.3.3 数值仿真结果及讨论52-59
• 3.4 本章小结59-62
• 第4章 喷泉码在卫星通信中的时延优势区间62-78
• 4.1 引言62
• 4.2 SR-HARQ的时延效率及其影响因素62-69
• 4.2.1 传输模型及机制62-63
• 4.2.2 接收时延的计算63-65
• 4.2.3 仿真结果及讨论65-68
• 4.2.4 小结68-69
• 4.3 喷泉码的传输机制及时延优势区间69-76
• 4.3.1 基于喷泉码的传输机制69-70
• 4.3.2 喷泉码的时延优势区间70-75
• 4.3.3 小结75-76
• 4.4 本章小结76-78
• 第5章 总结与展望78-80
• 5.1 本文总结78-79
• 5.2 下一步工作安排79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间研究成果84-86
• 攻读硕士学位期间项目经历86-88
• 致谢88

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本文编号：583935