基于因子图的协同深空通信接收机理论与应用研究

深空通信已成为国内外研究的热点，但它存在极低信噪比解调困难，大动态范围信号参数估计困难和信道变化复杂造成的通信中断后快速通信链路重建困难等问题。针对这些问题，本基金项目研究了基于因子图的协同深空通信迭代接收机基础理论与关键技术：在理论方面，重点研究高性能低码率结构化LDPC码、低复杂度迭代同步与迭代信号参数估计、多天线单输入多输出协同迭代检测等基础通信理论问题；在应用方面，重点研究基于高速图形处理器的高效并行深空通信迭代接收机软件仿真与验证平台和基于FPGA-DSP的深空通信迭代接收机软件无线电硬件仿真与实现平台。该基金的研究成果将有助于我国空天通信理论与技术的发展，并对我国的深空探测与通信的规划和实施有积极促进作用。

深空通信具有重大政治，科技与经济等意义，已成为国内外研究热点。但其存在极低信噪比解调困难，大动态范围信号参数估计困难和信道变化复杂造成的通信中断后快速通信链路重建困难等问题。针对这些问题，本课题较好地研究了基于迭代因子图结构的协同深空通信接收机基础理论与关键技术：在理论研究方面，重点研究了接近香农理论限的高性能低码率结构化准循环原模图LDPC 码的构造、性能分析及译码震荡改进；联合编码和高功率效率非线性调制理论；接近Cramer-Rao信号检测界的LDPC译码辅助低复杂度迭代同步与迭代信号参数估计；多接收系统多输出天线阵协同迭代检测与自主无线电系统框架等基础通信理论问题，达到了预期目标，获得了以下较好的研究成果：所提1/6码率结构化LDPC码(12288,2048)在信噪比仅为0.3dB时，误码率就在10-6以下，离香农极限差距约0.8dB，且具有足够好的编译码实现结构与较低误码平底；所提联合编码与调制方案，采用带记忆调制以适应高功率效率，并达到无记忆理想编码系统的性能；所提迭代同步与信号参数估计算法，在较低信噪比情况下接近检测估计的Cramer-Rao界，有助于解决低信噪比情况下信号有效可靠接收与处理等问题；初步对多天线接收系统下单发射多信号接收协同迭代检测基础通信理论问题进行了较深入的研究，提出了结合单发多收系统下译码迭代辅助的高性能信号检测与接收算法，较好地提高了深空微弱信号接收的可靠性；基于上述算法提出了自主软件无线电系统结构与实现算法，能获得接近理想系统性能，可有效协助深空通信理论与实践的基础研究。在应用研究方面，重点研究了基于高速图形处理器的高效并行深空通信迭代接收机中若干编译码构造，性能仿真，迭代算法的性能验证等核心算法的软件仿真平台和基于FPGA的深空通信迭代接收机软件无线电算法的硬件仿真与验证平台，获得了较好的深空通信仿真与验证软硬件研究平台，并申请了相关算法的专利。该项目研究成果将有助于我国空天通信理论与技术的发展，并对我国的深空探测与通信的规划和实施有积极促进作用。