星际激光链路中的前向纠错编码技术研究

建立了简化的星际光通信链路模型,将背景光噪声和光放大器自发辐射噪声引入星际光通信链路中,提出利用前向纠错编码技术来改善星际光通信误码性能的方法。介绍了喷泉码的编译码特点,将喷泉码引入链路模型中。通过仿真研究表明,喷泉码相比于RS码对链路的抗误码性能有很大提高,且随着信噪比的增大改善更加明显。     

大气弱湍流信道下松弛极化码译码方法

针对自由空间光通信中存在的大气湍流降低通信系统误码性能的问题,提出了基于松弛极化码的分段式极化码-循环冗余校验-串行抵消列表(PC-CRC-SCL)译码方法,并将其用于自由空间光通信系统中,在大气弱湍流强度下进行了仿真分析。仿真结果表明:与完全极化码的分段式CRC-SCL译码方法相比,在误码率为10-4时,基于松弛极化码的分段式PC-CRC-SCL译码方法获得0.3 dB的编码增益,且编译码的复杂度降低10%~20%,对自由空间光通信系统误码性能有明显的改善。     

HAP-GEO-HAP全光中继放大链路模型及其误码性能

针对几何传播损耗和指向误差联合效应对空间激光链路性能的影响,研究了HAP-GEO-HAP全光中继放大链路通信模型的误码性能。建立了基于GEO卫星全光中继放大转发的高空平台激光链路通信模型,在考虑背景光辐射与放大器引入的自发辐射等因素的条件下,研究了信道衰减系数的统计特性和各类噪声的强度,获得链路模型的Q因子,推导出误码率表达式。仿真分析了在不同发射功率、抖动标准差和波束宽度等参数条件下,链路误码率与比特速率的关系。研究结果表明:当比特速率较低时,增大发射功率、降低抖动标准差或减小波束宽度,对链路误码率性能的改善程度较为明显;当比特速率大于4 Gbps时,上述措施对链路误码性能的改善程度较为缓慢。     

一种分布式喷泉码在协作通信中的应用

为了减少基于数字喷泉码的协作传输系统中的计算复杂度和传输延迟,提出了一种基于分布式喷泉码的协作通信传输方案,给出了两层数字喷泉编码的度分布函数的设计过程;以各链路的丢包率为参量分析了系统传输时延,并与其他数字喷泉码传输方案进行了比较.理论分析和仿真结果表明,在各链路丢包率较大时采用这种分布式喷泉码的协作传输机制能在传输时延上显著改善系统性能,而且各链路删除概率越大时优势越明显.     

喷泉码多路并行转发中继系统传输时间分析

为了降低传输协议的复杂度,避免引入大量的反馈链路,将喷泉码应用于多级多路并行中继网络中进行开环差错控制.给出了采用喷泉码编码时的网络传输方案和帧格式,分析并比较了基于喷泉码方案和基于自动重传请求方案的传输时间.研究表明,应用喷泉码时系统的传输时间远小于应用ARQ时的传输时间,并且随着中继数的增加,喷泉码方案的优势越来越明显.     

无线光开关键控调制在Turbo码下的差错特性分析

目前无线光通信工程主要采用开关键控调制,该调制简单、易实现,但误码率高,需要引入纠错编码技术.在分析Turbo码译码结构和开关键控迭代译码算法的基础上,分析仿真了迭代次数、帧长以及约束长度对开关键控调制误码率的影响.结果表明,引入Turbo码编译码技术能够有效改善无线光开关键控调制系统的误码性能.     

基于LDPC码的无线光通信副载波误码性能分析

为了研究信道编码技术对无线光通信副载波系统差错性能的影响,基于无线光通信链路噪声特性,建立了大气信道等效数学模型。采用低密度奇偶校验(LDPC)码作为信道编码方式引入无线光通信,在不同光强闪烁指数下对基于副载波相移键控调制无线光通信系统进行了差错性能仿真,比较分析了LDPC编码前后副载波调制系统的误比特率,并对二相相移键控及四相相移键控两种系统进行了对比。结果表明,副载波二相相移键控调制系统的差错性能优于四相相移键控系统,同时LDPC码在弱湍流信道具有优越的纠错能力,可以获得比未编码系统较高的编码增益,在无线光通信领域具有一定的应用价值。     

星地光通信中分集传输性能分析

分集传输技术是抑制星地光通信中大气湍流效应和链路中断的有效手段之一.文章首先介绍MLSO链路模型,从理论上分析大气湍流对激光通信的影响,以及研究光束间的相关性.然后提出星地光通信无论在小天顶角还是在大天顶角时,都可以选择一个合适尺度变换-对数均方差增益因子G,MISO大气湍流信道模型等效为一个单光束信道,并通过数值仿真计算验证了模型的正确性.随光束n的增加,大天顶角MISO链路的接收光强分布从gamma-gamma分布逐渐趋于对数正态分布.最后分析MISO链路的信道误码性能.结果表明,MISO链路实质是减少接收光强的对数方差,改善MISO信道性能关键是减小光束间的相关性.     

卫星相干光通信跟瞄误差对链路性能的影响

以星间相干激光通信链路的接收机相干效率为研究对象,分析了动态跟瞄误差对相干效率的影响,将相干效率引入到星间相干激光通信链路方程,推导了跟瞄误差波前失配条件下的相干光通信链路的误码率概率表达式,对卫星激光通信链路中跟瞄对准误差导致的相干效率下降、链路误码性能劣化情况进行了仿真计算。结果表明,由于跟瞄对准误差波前失配的影响,相干激光通信接收终端具有一个优化的接收孔径,在本仿真条件下,LEO-GEO星间链路动态跟瞄误差为0.5μrad时,优化接收孔径为0.5 m,链路可获得最佳误码性能。     

无线光通信系统误码性能分析及方法研究

误码率(BER)是衡量无线光通信系统设计优劣的重要指标,如何正确统计误码性能显得尤为重要。利用Matlab软件,研究基于蒙特卡罗仿真实现无线光通信系统误码性能分析的方法。介绍了无线光通信系统以及利用蒙特卡罗仿真进行性能估计的原理;研究了误码性能仿真方法,详细地给出了仿真中的信源产生方法、信道模型、信噪比参数计算方法、误码率统计方法等,并给出了部分核心Matlab程序;给出了基于低密度奇偶校验(LDPC)码、脉冲位置调制(PPM)的无线光通信系统仿真图,详细介绍了各仿真参数的设置,并在不同天气和不同信噪比条件下统计了系统性能。统计结果表明,此性能分析方法准确可行。     

可靠多播方案的最佳有效负载长度研究

以保证可靠分发所需总传输时间为评判标准,在考虑分组头开销的条件下,研究了基于简单反馈重传、RS码(Reed-Solomon code)和LT喷泉码技术的3种多播方案中的有效负载长度选取问题,提出了通过理论分析确定最佳有效负载长度的方法,并以仿真实验进行验证。理论分析和仿真实验表明,对于不同的分组头大小和链路误比特率,各方案的有效负载长度均具有最佳取值;链路误比特率越高,最佳有效负载长度所带来的性能增益越明显。其中,基于LT喷泉码的可靠多播方案性能最优。     

带有前置EDFA卫星相干激光通信终端的信噪比分析

卫星激光通信链路是一项实现卫星大规模星座组网的关键技术。相干激光链路灵敏度高、抗背景干扰、速率升级空间大,在星间激光链路中应用广泛。文章建立了带有前置掺铒光纤放大器(EDFA)的卫星相干激光通信终端的信噪比分析模型,仿真分析了EDFA功率增益、EDFA噪声系数、本振光功率、信号光功率、光放后端光带宽、基带前端电带宽对终端输出信噪比的影响以及各种输出噪声功率占比的情况,得到了带有前置EDFA卫星相干激光通信终端的信噪比参数特性。     

Convolutional fountain distribution over fading wireless channels

Mobile broadband has opened the possibility of a rich variety of services to end users. Broadcast/multicast of multimedia data is one such service which can be used to deliver multimedia to multiple users economically. However, the radio channel poses serious challenges due to its time‐varying properties, resulting in each user experiencing different channel characteristics, independent of other users. Conventional methods of achieving reliability in communication, such as automatic repeat request and forward error correction do not scale well in a broadcast/multicast scenario over radio channels. Fountain codes, being rateless and information additive, overcome these problems. Although the design of fountain codes makes it possible to generate an infinite sequence of encoded symbols, the erroneous nature of radio channels mandates the need for protecting the fountain‐encoded symbols, so that the transmission is feasible. In this article, the performance of fountain codes in combination with convolutional codes, when used over radio channels, is presented. An investigation of various parameters, such as goodput, delay and buffer size requirements, pertaining to the performance of fountain codes in a multimedia broadcast/multicast environment is presented. Finally, a strategy for the use of ‘convolutional fountain’ over radio channels is also presented.     

数字喷泉码及其应用的研究进展与展望

 基于TCP协议的大部分网络通信都将接收到的数据包当作一个有序序列进行处理.TCP协议的这种有序序列模式限制了其在大量数据传输或将数据分布到大量用户的应用.基于数字喷泉码的数据传输模式不需要有序的数据序列,从而简化了网络中数据的传输方式,使得数字喷泉码成为一类适用于可靠通信的有效编码技术,而具有广阔的应用前景.本文综述了几类典型数字喷泉码的原理及其优缺点;探讨了这几类数字喷泉码的具体应用;指出了数字喷泉码研究中需要解决的一些关键问题.最后,对数字喷泉码的发展前景及研究方向进行展望.     

Caching in heterogeneous satellite networks with fountain codes

In this paper, we investigate the performance of caching schemes based on fountain codes in a heterogeneous satellite network. We consider multiple cache-aided hubs, which are connected to a geostationary satellite through backhaul links. With the aim of reducing the average number of transmissions over the satellite backhaul link, we propose the use of a caching scheme based on fountain codes. We derive a simple analytical expression of the average backhaul transmission rate and provide a tight upper bound on it. Furthermore, we show how the performance of the fountain code-based caching scheme is similar to that of a caching scheme based on maximum distance separable codes.     

分布式无标度LT码

LT码是喷泉码的一种,在删除信道中性能优越,分布式喷泉码多信源多中继的特性适合用于深空通信中。无标度网络（SF network）具有平均路径（APL）长最小的特性,非常适合喷泉码的度分布设计需求。首先介绍了LT码的编译码算法,然后对无标度网络和基于无标度网络的SF-LT码度分布设计进行了详细分析和优化,最后在删除信道条件下,选取码长较短、删除概率较小的情形对分布式二信源SF-LT码进行仿真分析,仿真结果表明,与LT码相比,分布式SF-LT码具有更好的性能。     

喷泉码在认知无线电网络中的应用

认知无线电网络被认为是实现动态频谱共享、缓解频谱资源紧缺的重要途径。喷泉码能有效抵抗认知无线电网络中来自主用户的突发干扰,且无需反馈重传,从而为认知无线电网络提供了一种有效的信道编码方案。首先简介了数字喷泉码以及认知无线电网络基础知识,然后综述了数字喷泉码在认知无线电网络的链路建立、认知通信以及在资源分配中的应用现状,最后指出了在这一研究领域中需要解决的问题,并展望了发展前景。     

一种改进的基于部分信息喷泉码度分布设计

与传统的喷泉码相比,基于反馈信息的喷泉码可以有效降低译码开销,其编码所采用度分布则是喷泉码设计的关键,本文提出一种适用于反馈喷泉码的基于部分信息度分布构造方法.该方法首先提出具有较小译码开销的最佳单项式度分布函数,并将其与传统的SRSD度分布相结合,然后通过参数调整可以获得修正后的ISRSD度分布函数.仿真结果表明在已知部分信息的喷泉码中,与传统的SRSD度分布函数相比,采用ISRSD度分布函数进行编码使其性能得到明显的提高.     

Improved online fountain codes based on shaping for left degree distribution

In this paper, an improved encoding scheme for online fountain codes is proposed with the joint optimization of variable node degree and check node degree is proposed. The coding scheme can be divided into the build-up phase and the completion phase. In the build-up phase, left degree distribution is exploited to guarantee optimal performance phase by modifying the traditional coding scheme of choosing input symbols uniformly at random. A memory-based selecting of the source symbols is employed to decrease the number of connected components, which can thus produce the dimension increasement of the linear subspace of a decoding graph constructed in the build-up phase. The upper bound on coding overhead is also derived from the analysis of random graph theory. Compared with conventional online fountain codes, it can be seen from the simulation results that the proposed scheme can provide significant performance improvement with respect to both coding overhead and feedback cost. Moreover, the lower encoding/decoding complexities may make the proposed scheme more practical in energy-constrained applications such as distributed storage.