针对卫星互联网监测的信道编解码技术研究与FPGA实现

来源 :中国电子科技集团公司电子科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:csj123
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新型卫星互联网相比传统卫星系统不仅兼具覆盖广的优势,还有延时更短、成本更低的特点,蕴藏巨大的商用和军事价值。近年来,国内外卫星互联网建设和部署蓬勃开展,引发了全球对于空间资源的激烈竞争。我国卫星互联网发展起步晚、监测能力较差,因此为了增强对于新型卫星互联网的监测能力,弥补卫星互联网信号解码和分析技术的不足,本文围绕卫星互联网系统及其信道编解码技术展开研究并基于FPGA(Field-Programmable Gate Array,可编程逻辑门阵列)平台设计了一种适用于卫星互联网的LDPC(Low Density Parity Check,低密度奇偶校验)译码器,能实现对典型卫星互联网信号的高速译码和分析需求。本文基于现有卫星系统相关协议,研究卫星互联网系统组成和物理层出向信道与入向信道卫星信号传输架构和信号处理流程,解析物理层信道帧结构,为实现对于低轨组网卫星的有效监测,获取典型卫星网络信号的系统参数信息,提出了一种针对性监测技术框架。从信道编解码技术入手,实现一种适用于卫星互联网物理层的LDPC编码方案,深入研究LDPC译码算法原理,利用MATLAB对比分析五种基于置信传播思想的译码算法在不同信噪比、不同迭代次数等参数下的性能表现。考虑性能和工程实现复杂度因素,选定并行度、量化位数、最大迭代次数等参数。本文基于归一化最小和算法,采用部分并行结构设计了一种高吞吐率、低资源占用的LDPC译码器实现方案,在核心迭代步骤创新设计了并行多级比较结构、消息值累次部分求和流水线结构,缩短比较操作处理时延,优化加法操作并减少减法处理的资源占用。在VIVADO环境下,基于Verilog HDL(Hardware Description Language,硬件描述语言)设计实现LDPC译码器硬件的各个子模块并且完成功能测试和性能分析,报告显示译码器可在204.8MHz工作频率下达到吞吐率768Mbps,同时资源占用和处理时延满足监测系统设计需求。基于卫星互联网信号监测处理软硬件平台,开展了适用于卫星互联网物理层的LDPC译码器实验验证,得到了译码器的误码率性能、数据处理时延等实验结果,针对典型卫星信号的比特级分析结果可以提取所属卫星网络状态等特征参数,进一步验证了译码器结果的准确性和用于卫星信号监测的实用意义。
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