星载一体化小卫星高可靠通信编码技术研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wa0001
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本文主要研究在星载一体化微小卫星通信系统数据传输时如何保证通信的可靠性和实时性,即如何设计合理的纠错方案在减少误码率的同时加快数据的处理能力。为实现卫星小型化、轻量化,提出了以有效载荷为中心的星载一体化设计思想。卫星通信系统传输数据的距离非常远,受衰落、噪声和各种干扰的影响比较严重。而星载一体化小卫星的体积和重量又约束了信号能量,且要求通信精度更高,这种情况下,为了保证远距离传输的误码率在允许范围之内,必须采用纠错能力很强的差错控制方法来进行纠错。Rs码是一种纠错能力很强的线性纠错码,既可以纠正随机错误,也可以纠正突发错误,其纠错能力达到了分组纠错码的极限。Rs码的强纠错能力符合卫星通信高可靠性的要求。但是由于其编译复杂,尤其是译码算法,当纠错个数增加时,译码难度成倍增加。虽经过半世纪的改进,由最初的PGz算法到如今最普遍、工程上最长使用的Berlekamp译码算法和Euclid译码算法以及它们的改进算法,改进算法层出不穷,但硬件上实现依然非常复杂,译码时间长。这样,如果在星载一体化小卫星上采用Rs码就会增加微小卫星星上处理和星际交换信息负担,增加信息的传输延时。保证Rs码纠错能力的同时,简化其编译过程,使其适用于星载一体化微小卫星通信系统成为本论文的根本任务。本文采用一种全新的编译方式,即将信息码分组后,在较低阶的有限域下分别并行的进行编译,这样避免了高阶矩阵迭代运算和钱搜索运算,采用一种化整为零的思想,将对庞大的数据的处理变为分组处理,既保证了纠错能力又降低了数据处理难度,同时加快了编译速度。本文中的设计是基于FPGA的编译码器,利用vHDL硬件语言编程,以Xilinx"公司的Virrex4系列4vlx15ff668-10为目标板,在其上进行综合验证以及静态时序分析,综合软件为IsE 9.li,仿真软件为ModelSim sE 6 O。通过观察仿真波形,可以观察到编译速度明显加快,通过研究综合结果,结论是硬件资源的使用情况明显降低,这样就满足了微小卫星通信的高可靠和实时性两方面的要求,同时在很多需要强纠错能力,并且需要快速编译的场合,RS码同样可以大展拳脚,拓宽了RS码的应用范围。
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