深空通信中喷泉码技术研究

深空通信时延长、误码率和丢包率大、上下行链路带宽不对称和链路易中断等特点,决定了编译码技术成为深空通信中的一个难点问题。介绍了喷泉码的基本概念和特点,分析了喷泉码的全选问题、阶的分布问题和译码算法以及LDPC译码算法的性能等问题,提出了在深空通信中采用内码为LDPC码、外码为喷泉码的级联码方式,分析了该级联码的性能。结果表明,该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,满足通信质量要求,在深空通信中有很大的应用潜力。     

基于天线分组的携能中继的保密传输方案

由一个单天线的源节点、目的节点和一个多天线的中继节点组成的存在窃听节点的两跳无线网络,研究其在中继节点能量收集约束下的物理层保密传输方案。窃听节点的位置和信道状态不可知,采用由目的节点在第1跳时发送人工噪声进行协作干扰的方式保护两跳传输中保密信息。中继节点采用携能通信工作模式,从接收的信号和人工噪声中提取能量用于信号的转发。第1跳时,中继节点的天线分为两组,分别用于保密信号的接收合并和能量的收集。在第2跳时,中继节点利用所有天线采用波束赋形技术转发信号。由于不能获得窃听信道状态信息,因此以最大化目的节点的速率为目的,对中继节点的转发波束赋形矢量进行优化,并给出一种次优的低复杂度的天线分组策略。仿真结果表明,提出的方案能获得可观的保密速率,提出的天线分组策略的性能明显优于功率分裂策略。     

基于网络编码和中继选择的无码率协作传输

高频谱利用率的协作中继传输设计,是协作通信领域的一个研究难点。针对这一问题,结合网络 编码和中继选择协作,提出了一种新的无码率中继协作传输方案。在传输当前消息块的同时允许传输下个消 息块的部分信息,从而减少所需的传输次数,提高频谱效率。将准静态瑞利衰落信道等效成相应的删除信道, 分析了目的节点译码所需传输次数的概率质量函数和平均传输次数,并与其他无码率传输方案进行了性能 比较。理论分析和仿真结果表明,采用网络编码和中继选择的无率传输系统在传输次数上进一步改善系统 性能。     

基于线性分散码的放大前传协作分集研究

线性分散码空时协作分集系统与传统的正交分组空时码协作分集系统相比,前者的性能在高速率情况下要好于后者.提出了两种基于线性分散码的放大前传协作分集方案.两种方案的主要区别在于中继端的噪声是在线性分散码编码之前还是之后引入的.首先通过理论推导证明了两种方案的误码率性能相同,然后对两种方案的特点进行了分析,指出一种方案较另外一种方案相比,具有较低的中继端和协议复杂度,但是在协作的信息传输第一阶段的速率较低.最后通过蒙特·卡罗仿真验证了理论上的推导.     

复数域符号相乘的差分网络编码

传统差分网络编码在解码转发方式下编码环节繁杂、中继检测复杂度高。基于此,文中提出复数域符号相乘的差分网络编码,并构建了中继检测方法一和中继检测方法二,能显著降低中继的检测和编解码复杂度。同时,将提出的编码方法拓展到多中继协作方式以获取高阶协作分集增益,并得到随机差分空时网络编码,其能获得的分集增益阶数为解码正确的中继个数。仿真实验和理论分析均验证了提出的复数域符号相乘的差分网络编码方法在单中继和多中继协作方式下的有效性。     

深空通信中Turbo编译码设计与性能仿真

深空通信信号传输距离遥远,能量衰减大,接收信号微弱,必须采用高增益的信道编码技术来提高接收能力.针对深空微弱信号处理的实际要求,介绍了Turbo码的编译码原理,详细分析了各编码参量和译码算法对性能的影响,将先进的二次置换多项式(QPP)交织器和线性拟合Log-Map译码算法结合,提出了一种新的深空编码实现方案,降低了交织器对存储的要求和译码算法的复杂性,减少了计算量,节省了存储空间.通过参量优化设计,提高了纠错性能.仿真实验结果表明:设计能够满足微弱信号低信噪比要求,而且易于物理实现.     

基于规则变量节点度LT码的协作传输

规则变量节点度Luby变换（Luby transform, LT）码能够改善传统LT码编码过程中随机选取邻居节点方式导致的差错平台现象。提出一种新的实现规则变量节点度LT的编码方法,利用数组的赋值和清空操作来实现信息符号度值规则化,降低了现有方法的编码复杂度,并利用对度分布的修正来改善解码瀑布区;将该编码方法应用到协作通信系统中,并分析了误符号率性能。实验结果表明,此方法能节省系统编解码时间,有效降低误符号率差错平台,减少成功解码所需的平均传输开销。     

面向多源多目标协作网络的中继选择方法

在多源多目标无线网络中采用最佳中继协作方法时,多个通信对有可能同时选择同一个节点作为最佳中继来进行协作传输,从而导致最佳中继冲突问题,进而对系统的协作性能产生严重影响。为了解决这一问题,提出了两种低冲突的中继选择方法,并将其扩展至功率可分配场景;同时,还提出了一种支持功率分配的分布式选择方法。仿真结果表明,所提方法在保证系统分集增益不变条件下,相比于已有方法,显著降低了中继冲突情况发生,改善了系统协作效果;并在性能接近于最优方法的前提下,有效降低了中继选择方法的复杂度。     

基于能量采集的友好干扰机辅助下多中继系统安全传输方案

针对多中继传输系统在同信道干扰下面临的保密信息安全传输和系统节点能量受限的问题，提出了一种联合中继选择和基于能量采集的友好干扰机辅助的物理层安全传输方案。首先，建立基于解码转发(decode-and-forward, DF)中继模式的多中继系统模型。其次，当发射机仅获得部分信道状态信息时，在第一时隙，以最大化系统保密容量为目标，给出了一种最佳中继节点选择策略。同时，友好干扰机基于功率分裂(power splitting, PS)协议从合法信号和同信道干扰中采集能量。在第二时隙，友好干扰机利用采集的能量，向窃听者发送人工噪声，进行协作干扰，从而实现两个时隙保密信息的传输。接着，推导了系统的保密中断概率闭合表达式。最后，利用蒙特卡罗仿真方法分析了发射信噪比、同信道干扰源数目及干扰信噪比等参数对系统保密性能的影响，验证了理论推导的正确性，仿真结果显示所提方案具有更优的保密性能。     

不均等双向解码转发机会中继通信性能分析

双向中继通信在保证传统单向协同通信空间分集收益的同时提高了频谱利用率。在双向不等速率要求场景下,针对结合解码转发网络编码的双向机会中继通信系统模型,给出了系统通信的近似中断概率闭式表达,并且提出了已知信道瞬时信息条件下的功率优化分配方法。仿真结果分析验证了解码转发双向机会中继通信的中断概率性能,表明在功率优化分配后和中等信噪比条件下,解码转发双向机会中继通信比模拟网络编码方式有2~3 dB的收益。     

基于不完全信道信息的MIMO双向中继系统线性预编码算法#br#

针对配置两个通信节点的多输入多输出双向中继系统,提出一种基于不完全信道状态信息的预编码设计方案,该方案综合考虑信道估计误差与信道反馈延迟的情况。在中继发射功率受限的条件下,以最小均方误差为准则设计以预编码矩阵为变量的优化问题,提出矩阵分解和联合迭代两种线性预编码算法。矩阵分解法通过矩阵分解推导得到中继矩阵的闭式解;联合迭代法利用迭代算法交替迭代来联合优化预编码矩阵和接收端处理矩阵,直到算法收敛数。仿真结果表明,随着信噪比由0到25 dB逐渐增大,与现有方案相比,矩阵分解法能有效地降低系统的误比特率,联合迭代法能获得最佳的系统性能提升。     

无码率码在无线传感器网络中的应用研究

传统固定码率通信方案在大规模网络中存在时延和多反馈情况,影响无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)的传输性能。无码率码能够根据信道状态实时改变传输码率,很好地解决这一问题。本文以多源多中继网络模型为基础,设计了基于累积无码率(accumulate rateless, AR)码的分布式协同传输机制,并对传输的广播、转发、译码等阶段进行了阐述和分析。结合使用外信息转移(extrinsic information transfer, EXIT)图和凸优化工具对方案中的AR码度分布进行了联合优化求解。仿真结果和对比分析表明,所提分布式AR码度优化方案,在错误平层上明显优于分布式卢比转换码方案,在译码性能上较现有Raptor方案和AR码单独度分布优化方案分别减小3.7%和1.3%的码率倒数。     

水声网络中喷泉码的应用研究现状与发展前景

水声传感器网络能够在一定范围内实现信息的传输和处理,是实现海洋数据收集、污染监测、军事侦察等水下应用的重要途径。然而水声信道固有的时空频变参数以及窄带、高噪、长时延等特征,使得构建鲁棒性水声网络面临巨大挑战。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传输方式,使得喷泉码成为一类适用于水声网络可靠通信的有效编码技术。综述了数字喷泉码的算法原理及研究现状,探讨了数字喷泉码在水声网络中的研究应用,最后对喷泉码在水声网络中的研究方向及发展前景进行展望。     

Raptor码在下行协作无线蜂窝系统中的研究

不同于传统的采用固定码率编码的协作中继系统,在发送端不知道信道状态信息(channel state in formation,CSI)时,提出协作蜂窝系统下行链路中使用无限码率Raptor码及分布式空时分组码(distributed space-time block code,DSTBC)的新方案,并研究该方案有效性、可靠性和健壮性的问题。理论分析和仿真结果证明,当发送端不知道CSI时,结合应用Raptor码和DSTBC,即使在低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)环境中仍能降低总传输时间及能量消耗,给无线蜂窝系统带来显著的性能增益。     

无人机协同中继过程中的路径规划与通信优化

通信网络是保证无人机在协同搜索时获取更多的战场信息,发挥协同作战优势的基础。主要研究多无人机完成通信中继任务过程中的搜索路径规划和通信性能优化问题。搜索路径规划的目的是确定未知地面移动人员具体方位并对其组网,以便无人机执行中继任务;而通信优化问题则是针对无人机中继过程中可能出现的通信中断、失真等问题,分析通信网络信息传输的路由选择,选取通信延时为性能指标,通过改变无人机的路径选择来提高通信网络的性能。仿真结果表明了本文实现通信中继和通信网性能提高的有效性。     

基于四天线的并行空时分组编码方案

空时编码是一种结合信道编码和分集技术的新型的编码和信号处理方法,可以不需增加带宽而大幅度的提高无线通信系统的信道容量和传输速率,从而提供远高于传统单天线系统的频带利用率,空时分组码以其译码的简单性获得人们的广泛关注。为提高空时分组码的码元速率,在现有的空时分组编码方案的基础上,结合并行传输策略,提出了基于四天线的并行空时分组编码方案。与传统的空时分组编码方案相比,该方案能够在保证误码性能的同时提高码元速率,从而进一步提高了系统的性能。仿真结果验证了所提出的编码方案所具有的良好性能。     

基于物理层安全特征的不可信中继行为预测

中继节点可能存在的不可信行为会影响协作通信系统中物理层安全性。为了预测中继的行为,提出了基于随机博弈的中继不可信动态行为预测方法,获得中继节点合作和自私、恶意等不可信行为的概率,进而预测中继节点的自私以及恶意行为。将遍历安全容量作为博弈收益,研究中继节点行为的物理层安全特征。利用连续时间马尔可夫链捕获中继行为和系统随机状态两者之间的关系,通过实验得到了中继的不可信行为概率,验证了该预测模型的有效性。     

信道网络编码的联合迭代译码设计

在研究无线网络中物理层网络编码技术的基础上,提出了一种新型的适用于多址中继信道的信道 网络编码的联合迭代译码设计方案,即卷积Turbo码（convolutional turbo codes, CTC）与网络编码的联合迭代译码设计方案。方案中考虑到中继可能存在不能正确译码信源信息的情况,信宿可以有选择地选择合适的先验信息进行译码。仿真结果表明该方案具有较强的纠错性能,同时随着中继点和信宿端的接收天线NR和ND的增多,系统的纠错性能也随之增强,从而表明本文提出的方案广泛适用于多址中继信道环境中。     

一种适用于我国的TDRSS星座方案

提出了一种适用于我国的跟踪与数据中继卫星系统(tracking and data relay satellite system,TDRSS)星座方案。系统以中轨卫星星座为基础,由卫星星座、星际链路和地面信关站组成,可为我国的低轨航天器与地面站之间提供不间断的数据链路。理论分析和仿真结果表明,采用该星座方案的卫星中继系统能全天时覆盖全球低空空域,有较好的对地覆盖特性。