深空Ka频段链路的自适应传输及编码策略研究

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具有高传输速率和大信道带宽的Ka（28~35 GHz）频段越来越多地应用在深空通信业务中。然而，深空 Ka频段链路质量受太阳上合段太阳闪烁和近地段降雨的影响，链路的误码率（Bit Error Rate，BER）波动较大，限制了链路的高速率传输。基于此，本课题引入Markov理论对深空Ka频段链路的动态特性进行研究建模，并考虑发送端无法获得实时信道状态信息（Channel State Information，CSI）的限制条件，用时间序列分析法中的自回归移动平均算法（Autoregressive-moving-average，ARMA）对信道状态进行预测。由于预测误差的客观存在，使用能够抗信道估计偏差的模拟喷泉编码（Analogfountain codes，AFC）作为前向纠删技术，结合预测算法对深空Ka频段链路质量进行联合优化，确定了适应于深空Ka频段的自适应编码传输方案。具体的研究内容如下：
　　研究深空通信太阳闪烁信道和Ka频段降雨衰落信道的动态传输，两者都符合Markov转移特性。用Markov链建模深空通信太阳闪烁信道和降雨衰落信道，并仿真对比模拟衰减时序数据与实测衰减时序数据的误差，验证了模型的可行性。利用建好的Markov链产生模拟太阳闪烁数据和模拟雨衰数据，作为后续深空通信Ka频段链路衰减的实时预测研究基础。
　　考虑深空通信长时延情况无法获得实时CSI，课题采用预测效果好并且算法步骤简单的ARMA对Ka频段链路的太阳闪烁和降雨衰减进行实时动态预测。利用“太阳闪烁Markov链”和“降雨衰减Markov链”产生数据对ARMA算法进行模型识别和参数选择。仿真验证了该预测算法可以取得很好的预测精度，同时分析了前导数据个数和预测步长对预测精度的影响。
　　虽然ARMA实时预测算法具有很好的预测精度，但预测误差是始终存在的。为了抵抗信道状态信息估计偏差对传输性能的影响，本课题采用在较大信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）范围内具有良好译码性能的AFC作为前向纠删分组技术。并将其与链路预测算法相结合，对深空通信Ka链路的误码率波动进行优化，确定了深空Ka频段自适应传输编码方案。理论分析了自适应编码传输方案的吞吐率，仿真分析了该方案的吞吐率，并将其与固定速率编码传输方案以及自适应LT码传输方案的吞吐率进行对比，本课题提出方案的吞吐率达到最高，从而验证了该方案可以保持深空Ka频段的数据连续性以及链路的高吞吐率。

著录项

作者
陈晨;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科电子与通信工程
授予学位硕士
导师姓名焦健;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TN927.3;
关键词
深空通信; Ka频段链路; 自适应编码; 动态传输; 信息估计;

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