基于ccsds的自适应传输系统设计及实现

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1、基于CCSDS的自适应传输系统设计及实现本文采集自网络，本站发布的论文均是优质论文，供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者所右，如存不愿意被转载的情况，请通知我们删除己转载的信息，如果需要分享，请保留本段说明。摘要：针对深空通信中采用固定速率进行数据传输会影响通信质量和系统吞吐景的问题，提出Y—种基于CCSDS协议标准的收发机自适疲传输方案。该方案主要根据接收信号的质量，动态地改变数据传输的码速率，即通过实时地估计接收端信噪比，对信号传输速率做出调整，从而在保证系统误码率的前提下提高系统的通信质量和吞吐量。在此基础上，利用以XilinxVirtex5FPGA

2、芯片为核心的硬件平台对系统方案进行实现及验证，并分析比较了系统吞吐量。实验结果表明，该系统方案实现结构简单，在OdB以上的高斯白噪声背景下，能实现接收端信噪比的实时估计和整个系统速率的自适应调整。关键词：深空通信；自适应传输；吞吐量；信噪比估计；CCSDS中图分类号：TN927.3文献标识码：A文章编号：1673-5048(2017)01-0083-06[SQO]0引言随着空间技术的不断发展，越来越多的国家开始开展空间探测任务。为适应多航天器任务，20世纪80年代初，由NASA和ESA等主要空间国家联合组织发起成立了空间数据系统咨询委员会(ConsultativeCommitte

3、eforSpaceDataSystems,CCSDS)。CCSDS针对深空通信特点，提出丫邻近空间链路协议，该协议旨在制定一个统一的标准，以规范航天器之间以及航天器与地面设备之间的通信协议、数据交换和处理，以适应口益复杂的空间任务需求，同时也有效地促进了各国与各空间组织之间的合作与支持［1］。随着CCSDS协议标准被越来越多的国家所采纳，国内在深空通信领域逐渐采用其协议标准也将成为必然［2］。与传统的地面无线信道相比，深空通信过程中的信道状况复杂恶劣，存在很大的时变性和复杂性［3］，其接收信号质量便受到深空信道影响。因此，如何在保证误码率的前提下，提高系统的吞吐量成为当前深空通信

4、研究的重点之一。自适应传输策略在无线移动通信系统中己得到广泛应用，其基本思想就是通过对发射功率、码元速率、调制方式、编码方式、纠错码等参数的自适应改变，来降低系统误码率和提高系统吞吐量［4］。本文立足于CCSDS-211邻近空间链路协议标准，设计了一种能根据接收信号质量实时改变系统传输参数的方案，并结合FPGA硬件电路的特点，对该方案进行实现验证。1自适应传输系统方案1.1系统方案本文提出的满足CCSDS-211协议标准的自适应变速率传输系统方案见图1。首先，本地接收机将经过载波同步和符号同步后的输出信号进行信噪比估计，再将该值与参考值进行比较，比较结果映射出速率控制字并传息分为

5、两种：发射机速率和接收机速率，接收机速率信息用来对本地接收机进行速率切换，而发射机速率信息则用来改变本地发射机速率，同时也会加入到状态控制帧中。当本地发射机检测到准备好的状态控制帧，将切换工作模式，暂停正在传送的数据帧转而传送状态控制帧。最后，远程接收机经过状态字提取模块获取速率信息，得到的接收速率信息用来控制接收机调整到对应的速率。需要指出的是，CCSDS-211协议中带有自动重传请求(AutoRepeatRequest,ARQ)机制、循环冗余校验码和(2，1，7)卷积编码模式，因此可以保证在信噪比较差情况下进行一定程度的检测和纠正误比特，并在出错情况下要求数据帧和状态控制帧重

6、传。本文主要分析自适应变速率机制，对检错、纠错和重传机制不作具体讨论。1.2CCSDS协议帧结构在邻近空间链路进行数据传输时以可变长度的邻近链路传输单元(ProximityLinkTransmissionUnit,PLTU)为基本单位，其基本组成由附加同步标志位(AttachedSynchronizationMarker，ASM)、V-3传输巾贞和32位循环冗余校验码(CyclicRedundancyCheck，CRC)组成，结构如图2所示。V-3巾贞的数据域可以分为服务数据单元(ServiceDataUnit,SDU)和监督协议数据单元(SupervisoryProtocolD

7、ataUnit,SPDU)，SPDU有定长和可变长之分，其帧格式中包含物理层的控制信息，诸如频点、调试方式、数据速率等。本文中自适应速率变换方案用到的是可变长的SPDU，其数据单元格式如表1所示，其中13〜15bit用以区分发射机还是接收机，3〜6bit设置发射机/接收机速率［5］。1.3参数指令转换流程在双方通信过程中，如果任意一方在发送数据的过程中，提出参数变更，则本地发射机中断SDU的传输，切换至指令发送状态，将本地变更指令组帧成SPDU发送，如果远程未正确接收，本地发射机