深空通信中Turbo码技术的研究

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1、哈尔滨工业人学工学硕is学位论文摘要随着太空时代的到来，深空探测日益成为人类的重大战略任务。要开展空间探测，就要向太空发射带各种目的的空间探测器，这样就要求在探测器间、探测器与地球间构建起行之有效的联系，即要进行深空通信。深空探测的事实证明深空通信测控网是空间开发的重要支柱。其基本特征是非常大的传输距离，与其它通信方式相比难度更大。尽管经过几十年的发展，国际上在深空通信上取得了很大的进步，但在高效大天线、高频率使用、减少系统噪声温度及信道编码和调制等关键技术上还有待于进一步发展。在信道编码方面，由于Turbo码不仅在信噪比较低的高噪声环境下性能优越，而且具有很强的抗衰弱、抗干扰能力。这使得

2、Turbo码在信道条件较差的深空通信中有很大的应用潜力。但是Turbo码在深空通信中应用也存在缺点，就是译码时延较大、复杂性较高。针对这一情况，本文首先从理论角度出发，深入分析Turbo码具有如此好的纠错性能的原因以及影响Turbo码性能的各种因素，重点研究了Turbo码译码器的常用MAP算法，并讨论了易于硬件实现的MAP译码算法的结构。在此基础上，以低的性能损失而减少复杂度为目标作算法改进，通过引入“译码深度”提出改进的算法S-MAP，并给出此算法的对数域简化形式。以减少时延为目标，提出通过设计有效的“及早判决”准则以减小译码迭代次数、来加速译码的算法。以上提出的两种译码算法都通过计算机

3、仿真进行比较、分析和讨论。最后，根据空间数据系统顾问委员会(CCSDS)为Turbo码应用于深空通信系统推荐的标准，包括码率、码块大小，分量码类型、约束长度、码生成多项式，以及交织器的选择等参数的建议。以所改进的算法及其对数域形式作为译码算法，并应用“及早判决”准则进行计算机仿真，并对它们的性能与传统码进行分析比较。之后，以实例详细介绍了Turbo码技术在深空通信系统中的具体设计和实现方案。关键词深空通信;Turbo码:MAP译码算法;停止准则哈尔滨工业大学工学硕卜学位论文AbstractAsthecomingofSpaceAge,theexplorationofdeepspaceisbe

4、comingagreathumanstrategicmission.Beforeimplementingexploringouterspace,somespacecraftswithdiferentpurposeshouldbelaunchedtoouterspace.Andbecauseofthis,efectivecontactsarerequiredtobeconstructedbetweenspacecraftandtheearth,andamongthespacecrafts,namelyweshouldperformdeepspacecommunication.Thefacto

5、fexploringouterspacehasproveddeepspacenetworkisthevitalmainstayofexploringspace.Verylongdistanceoftransmissionisitsfundamentalcharacteristic,itismoredificulttocommunicatecomparingwithothercommunicationmode.Althoughdeepspacecommunicationintheworldhasobtainedagreatdealofimprovementaftertens-of-years

6、development,somekeytechnologies,includinghigh-efficiencybigantenna,usinghighfrequency,reducingnoisetemperatureofsystemandchannelcodingandmodulation,requirefartherdevelopment.Concerningchannelcoding,foritsperformanceisveryexcellentunderthecircumstanceoflower凡IN,，aswellashasbettercapabilityinresisti

7、ngattenuationanddisturbance,Turbocodeshasgreatpotentialapplicationsindeepspacecommunicationwithbadchannelcondition.ButthereexistsomedemeritswhenTurbo-codeisusedindeepspacecommunication,thatislargedecodingdelayand