面向空间信息网络的马尔科夫编码传输理论与技术研究

Taking into account the characteristics of space communication network, we focus on designing efficient channel coding and modulation technologies for different space platforms. The problems considered in this proposal include: 1) adaptive coded modulation technologies for time-varying channels; 2) joint source-channel coding schemes based on nested lattice codes; 3) spectrum-efficient transmission schemes based on CPM and block Markov transmission technology; 4) low-complexity soft-decision decoding algorithms for RS-convolutional concatenated codes; 5) new combining transmission technologies for different sources; 6) timing recovery schemes based on code-aided technology. In addition, we will implement the designed algorithms with FPGA and DSP platforms. The innovations of this project include: the joint source-channel coding scheme based on nested lattice codes can avoid error propagation in traditional schemes; the CPM combined with block Markov superposition transmission are high bandwidth efficient; the unequal error protection scheme based on partial superposition transmission provides high flexibility and is easy to implement. The problems considered in this proposal are the key technologies in building future space information networks.

本项目围绕空间通信网络中节点的特点，研究适用于各种空间节点的编码调制技术。本项目的主要研究内容包括：1）面向时变信道的自适应编码调制技术；2）基于嵌套格的联合信源-信道编码技术；3）结合恒包络调制的马尔科夫叠加编码传输技术；4）RS级联码的软判决译码算法；5）异源数据的协同传输技术；6）基于译码辅助的迭代同步技术。我们也将设计基于FPGA和DSP的编码调制技术验证平台。 本项目的创新与特色之处包括：设计基于嵌套格的联合信源-信道编码，可进一步降低空间节点的发送功率，并防止错误传播；采用马尔科夫编码传输技术，用以设计适用于极低信噪比的编码；与CPM恒包络调制结合，适合于深空通信；采用基于部分叠加传输技术提高重要数据可靠性的新型不等错误保护技术。本项目根据空间通信与地面移动通信不同的特点，着重解决高效信息编码传输问题，是构建空间信息网络的关键理论与技术之一。

在空间通信方面，项目围绕其网络中节点的特点，提出了分组马尔科夫叠加传输（block Markov superposition transmission，BMST）理论模型和各种适用于各种空间节点的编码调制技术，主要研究内容为：1）面向时变信道的自适应编码调制技术；2）基于嵌套格的联合信源-信道编码技术；3）结合恒包络调制的马尔科夫叠加编码传输技术；4）RS级联码的软判决译码算法；5）异源数据的协同传输技术。 本项目取得的重要成果：结合BMST提出了构造方法灵活的BMST-RUN码，可适应各种场景对编码的要求；提出了基于嵌套格和部分分组马尔可夫叠加传输的联合信源信道编码技术，可减少差错传播，适用于深空节点信息的回传；将BMST与空间调制结合形成一种双层编码方案，适用于在深空通信中的不等编码保护；也设计了面向空间图像的可视化编码展示平台。本项目根据空间通信与地面移动通信不同的特点，着重解决高效信息编码传输问题，是构建空间信息网络的关键理论与技术之一。