基于伪随机矩阵的LT编码及其在卫星导航中的应用

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卫星导航系统用户种类繁多且用户环境多样,给导航信号的设计带来了极大的不便。喷泉码是为满足异质用户的需求而设计的,其编译码过程简单,传输接收过程中不需要反馈信息,具有较低的编译码复杂度和较高的译码成功率。因此,喷泉码在一定程度上适合导航信号的设计要求,将喷泉码应用到卫星导航系统中理论上可以极大改善导航定位系统对异质用户的适应性。编码结构是影响喷泉码编译码性能的一个主要因素,而度分布函数决定了编码结构的好坏。本文以卫星导航数据帧结构为基础,提出了一种适合于超短码的喷泉编码方案——基于伪随机矩阵的LT码(Pseudo random matrix LT code,LT-PRM)编码方案。与传统的LT编码方案相比,可以减少编码数据包中的冗余信息位,极大节省编译码开销。通过仿真,在译码复杂度,译码率,译码成功率等方面与传统的基于鲁棒孤子度分布的LT编码方案进行了对比分析。最后,在伪随机矩阵的基础上,结合不等差错保护思想,进一步研究设计了不等差错保护伪随机矩阵,并结合导航数据包具体意义仿真分析了其不等差错保护能力。与传统等概率选择策略LT编码方案相比,在丢包率较低的环境中,同等译码开销下,提高了重要数据包的译码率。传统的导航电文采用LDPC(Low Density Parity Check Code)的编码方式,其性能极易受用户环境影响。在用户接收信号受到干扰较大时,其译码成功率较低。现将LT-PRM应用到卫星导航电文编码中,用户接收信号受到干扰较小时,接收少量数据包即可成功译码;当用户接收信号受到干扰较大时,只需要继续接收数据包即可完成译码过程。本文应用matlab中simulink库搭建仿真平台,以不同场景下用户处实测导航信号信噪比作为外部干扰,仿真对比分析了基于LT-PRM的导航电文编码方案和传统的导航电文编码方案的译码成功率。当接收三个完整数据帧时,使用传统的导航电文编码方式在用户信道条件好时收齐历书的概率才能达到95%以上,而基于LT-PRM的导航电文编码方案在用户信道条件一般时收齐历书的概率也可接近100%。
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