基于AOS协议的最优帧长与LDPC码技术的研究

论文摘要

高级在轨系统(AOS)支持空对地、地对空和空对空之间的无线通信数据传输,具有数据传输量大、传输速率高、信道时延长、信道误码率高的特点。因此,如何在高误码率的无线信道中保证传输数据的质量,以提高链路的吞吐量是一个关键问题。本课题研究了AOS协议的帧长度设计方法和信道编码技术。通过采用基于AOS的最优帧长传输方案,并结合性能更佳的纠错码—LPDC码,以提高系统吞吐量。主要研究内容如下:首先,研究了基于最优帧长算法的自适应调制编码联合方案。在不同信道质量和不同调制编码方式下,AOS系统的最优帧长是不同的。本文通过采用最优帧长与联合编码调制相结合的算法,在保证通信系统可靠性的基础上,提高了通信系统的吞吐量。在此基础上,采用适合AOS协议的变帧长混合自动请求重传(HARQ)联合方案,仿真结果表明:在信道质量较差的情况下,该方案的系统吞吐量比采用固定帧长的混合自动请求重传方案的吞吐量更高。其次,对LDPC码性能进行比较和分析。比较了LDPC码的三种构造方式的性能,对几种典型的编译码算法通过仿真做了性能的比较和分析,还对性能较好的扩展比特填充构造方式,分别对码长、迭代次数和编码效率对LDPC码的性能影响做了比较和分析。最后,结合课题的需要,本文提出一种基于AOS协议的变帧长自适应级联编码方案,该方案将LDPC短码交织级联卷积码与变帧长的自适应编码技术相结合,与RS码级联卷积码方案相比,该方案可以进一步降低通信误码率,提高通信系统的吞吐量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文结构
• 1.4 本章小结
• 第2章 AOS 协议性能
• 2.1 AOS 协议简介
• 2.2 AOS 传输帧的帧格式
• 2.3 AOS 信道编码
• 2.4 AOS 协议系统吞吐量
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于最优帧长的AMC 和ARQ 方案研究
• 3.1 最优数据帧通信方案研究
• 3.1.1 系统吞吐量与帧长度的关系
• 3.1.2 最优帧长分析
• 3.1.3 最优帧长算法
• 3.2 自适应调制编码（AMC）
• 3.2.1 自适应调制编码（AMC）方案
• 3.2.2 AMC 方案的门限划分
• 3.2.3 方案调制方式和AMC 仿真参数设置
• 3.2.4 基于信噪比估计的自适应调制编码技术
• 3.3 最优帧长的AMC 链路方案
• 3.3.1 固定帧长AMC 方案的仿真
• 3.3.2 最优帧长AMC 方案仿真
• 3.4 HARQ 的联合方案
• 3.4.1 ARQ 吞吐量性能的分析
• 3.4.2 方案仿真与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 高效LDPC 码性能研究与仿真
• 4.1 LDPC 码的矩阵和二分（Tanner）图表示
• 4.2 LDPC 码的构造
• 4.2.1 Mackay 的构造方法
• 4.2.2 半随机构造算法
• 4.2.3 扩展比特填充算法
• 4.2.4 仿真分析和结论
• 4.3 LDPC 码编码算法
• 4.3.1 LU 分解算法
• 4.3.2 高斯消去法
• 4.3.3 仿真分析和结论
• 4.4 LDPC 码译码算法
• 4.4.1 基于概率的置信传播迭代译码算法及其改进算法
• 4.4.2 BF 算法（Bit Flipping）
• 4.4.3 仿真分析与结论
• 4.5 本章小结
• 第5章 LDPC 码在AOS 中的应用
• 5.1 LDPC 级联码
• 5.1.1 LDPC/卷积码级联方案
• 5.1.2 LDPC 短码交织的级联方案
• 5.1.3 级联方案仿真及比较
• 5.2 LDPC 码的自适应级联编码技术
• 5.2.1 考虑帧长的LDPC 码系统吞吐量分析
• 5.2.2 自适应级联编码方案仿真和分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢