基于LDPC码和喷泉码的卫星动中通链路拥塞控制研究

Under the background of the satellite communications on the move (SOTM) and aiming at the shadow problem caused by signal blockage, the robust forward error correction coding scheme will be proposed accordingly. The research focuses on the performance analysis and degree distribution of LDPC code under blockage channel. Furthermore, the data can not be recovered under long time shadow because of overmuch error bits in one frame, the problem of which is also considered. In theory, ① based on the density evolution theory, the gradual progress of soft information in decoder is analyzed under various channel states. ② the theoretical performance of LDPC code under shadow channel is investigated and the degree distribution is optimized. ③ the digital fountain code scheme is proposed to counteract long time shadow and decrease frame error rate. In engineering, the effectiveness of proposed forward error correction scheme is verified under the practical shadow condition. The proposed link blockage mitigation method based on LDPC and fountain code not only decreases the effect of shadow to the SOTM system, but also improves the transmission reliability of satellite system under severe weather. The project achievement will extend the performance analysis methods of LDPC code, and provide a new technical approach to combat shadow effect for SOTM system.

以卫星动中通为背景，针对信号易被遮挡而产生阴影效应的问题，本项目拟设计鲁棒性强的前向纠错编码方案，重点研究阴影遮挡信道中的LDPC码性能分析与度分布设计；并解决在长时阴影条件下，因一帧错误比特过多而无法恢复数据的问题。理论上：①基于密度进化理论，分析不同信道状态的软信息在译码器中的演进，设计混合信道密度进化算法；②对LDPC码在阴影信道中的理论性能进行分析，并对其节点度分布进行优化；③为降低长时阴影下的误帧率，研究抗长时阴影的数字喷泉码方案。工程上：验证在实际阴影条件下，本项目所提前向纠错方案的有效性；进一步研究前向纠错与自动请求重传技术的组合，提高系统的抗阴影能力。本项目提出的链路拥塞控制方法不仅可以有效缓解阴影效应对动中通系统的影响，还能提高卫星通信系统在恶劣天气条件下的传输可靠性。项目研究成果拓展了LDPC码性能分析方法，并为动中通系统对抗阴影效应提供了有效的技术途径。

项目以卫星动中通为背景，针对信号易被遮挡而产生阴影效应的问题，对 LDPC码和喷泉码在阴影信道中的性能进行分析并进行度分布设计。主要研究内容包括：1）对卫星动中通信道建模，研究了阴影对信道的影响并提出了软硬混合遮蔽信道模型。2）研究了低密度奇偶校验码在卫星动中通系统的性能和优化问题，特别是对密度进化理论、离散密度进化、高斯近似、外信息转移、差分进化算法等关键技术进行了深入研究和比较。3）利用离散密度进化和高斯近似研究了经历阴影的Raptor码性能，并利用差分进化和线性规划方法对码字度分布进行了优化。4）通过行车实验测量实际环境中的Ku频段动中通信道，建立了近似模型，并将前期理论成果应用于该模型；5）研究了LDPC编码的抗中通系统，分析了码字在慢/快跳频系统中的性能并进行了优化。相关的方法能够快速分析LDPC码和数字喷泉码在各类阴影信道中的性能界，得到的优化码字在特定阴影或干扰信道中相对现有码字具有更好性能，为动中通系统抗阴影和抗干扰提供了有效技术支撑。