基于内容的遥感图像抗差错编码方法

为提高遥感图像的传输质量，结合抗差错算术编码，提出一种基于内容的遥感图像抗差错编码方法。该方法在分析遥感图像纹理特性的基础上，利用AdaBoost算法对感兴趣的目标进行检测，确定感兴趣区域以进行基于感兴趣区域的抗差错算术编码。仿真结果表明，该方法在几乎不影响传输效率的同时，极大地提高了遥感图像的传输质量。

低存储高速可重构LDPC码译码器设计及ASIC实现

在星上应用中,能够融合多种标准的可重构低密度奇偶校验(LDPC)码译码器受到越来越广泛地关注。然而,由于星上存储资源受限以及空间辐射效应对存储器的影响,传统需要消耗大量存储资源的可重构LDPC译码器很难适用于星上高速信号处理。该文提出一种新颖的可重构译码器架构,通过分层流水线迭代实现高吞吐率,通过结合不同LDPC码字的结构特点实现低复杂度的可重构译码,通过简化存储迭代传递信息以及信道对数似然比(LLR)信息节省存储空间。流片实现结果表明,在台积电(TSMC)0.13 mm工艺下,单路译码器最高可达1.5 Gbps的吞吐率,占用7.8 mm2的硅片面积,最高节省40%的存储资源。

面向ASIC设计的单载波超宽带信道均衡研究

单载波超宽带通信系统的均衡在芯片实现中面临高吞吐率、高性能和低复杂度三方面问题。该文首先比较了最大似然均衡(MLSE)、线性均衡(LE)、判决反馈均衡(DFE)及单载波频域均衡(SC-FDE)在性能、复杂度及高速化实现上的优缺点,并综合考虑SC-UWB系统这一特殊的应用场景最终选择了DFE。然后针对DFE算法中的三个关键参数——前馈阶数Nf,反馈阶数Nb及判决延迟D,提出了一种实际系统中有效且实用的参数优化设计策略,最后仿真证明了优化策略的实用性和有效性。

超宽带高速卷积译码器设计与实现

超宽带系统卷积译码器在芯片实现中面临高速率、低功耗的挑战,本文在分析比较了多种Viterbi译码算法和结构的基础上,提出了一种适合芯片实现的并行回溯的译码器结构。该结构通过牺牲30%的存储资源以增加并行回溯分支,从而译码器工作时钟降至传统结构的一半。仿真和测试表明,该译码器在没有损失性能的情况下,单个译码模块速率可达到220Mbps,延时只有2.4μS,可支持低延时的突发模式。

高速单载波超宽带系统中Rake接收机的设计

针对长多径时延扩展环境下的直接序列扩频单载波超宽带系统,提出了一种全数字Rake接收机的分级实现的设计方法。该设计方法利用两级移位寄存器和两级多路选择器实现Rake接收机的多径分离部分。与传统的Rake接收机设计相比,此文提出的等效方案可以有效地降低硬件资源消耗,避免布线拥塞,适合于采用现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路(ASIC)实现。而且,该设计可以在传输过程中灵活选择多径分量以满足跟踪定时偏差的要求。此外,还给出了基于SMIC 0.18μm CMOS工艺下的超宽带接收机版图。

SRAM型FPGA中SEM IP核的验证与自动注错方法

星载设备长时间工作在空间环境中,宇宙中的带电粒子会造成器件功能异常,产生存储器软错误,严重时会损坏硬件电路。为模拟辐照环境对器件的影响,利用Xilinx公司的软错误缓解(SEM)控制器IP核,搭建了基于Xilinx Kintex-7的验证与测试平台,完成对SEM IP核的功能验证。为提高测试效率,设计了基于上述平台的自动注错方法。经过验证,该方法能够达到预期的帧地址覆盖率。实验结果表明,SEM IP核具备软错误注入与缓解功能,自动注错方法有利于此IP核的实际应用。

基于单探测器的低轨航天器X射线脉冲星导航算法

近年来脉冲星自主导航技术飞速发展,即将在低轨道(LEO)航天器开展验证。为了适应低轨航天器载荷轻量化、小型化的需求,研究了基于单探测器的X射线脉冲星导航扩展卡尔曼滤波算法,并针对单脉冲星导航和轮流观测多脉冲星导航两种方案,分别进行了算法仿真。仿真结果表明,仅观测单脉冲星无法实现长期自主导航,但能够将轨道预报误差降低25.9%,提高短期自主导航精度。而单探测器轮流观测多脉冲星可实现长期自主导航,其导航误差达到514 m,与多探测器同时观测多脉冲星传统算法相当。

基于Nak-Only握手协议的WUSB系统的设计

在WUSB系统的设计中,针对ACK等短数据包在物理层是定长数据包时会浪费带宽的问题,提出了一种Nak-Only握手协议,其主要思想是通过一种消极等待机制来代替ACK的传输,从而节省了过长握手包造成的带宽浪费。这种方案在实现中需要WUSB物理层的收发转换延迟具有良好的稳定性,但在收发转换延迟跳动较大的情况下,也可以用发送端缓存3个数据包的方法来避免数据包丢失。通过仿真验证了Nak-Only握手协议会对WUSB带来吞吐率上的提升,效果可以接近物理层支持理想变长数据包时的性能。

基于WIA-PA的无线总线多信道调度算法

针对无线总线替代有线总线所带来的网络实时性和吞吐量下降的问题,充分利用无线信道提供的众多信道,在媒体接入控制(media access control,MAC)层提出了一种多信道调度算法。该算法在星型拓扑下将每个通信周期分为载波侦听多路访问(carrier sense multiple access,CSMA)阶段和时分多址(time division multiple access,TDMA)阶段。在CSMA阶段,基于不同优先级的灵活接入使得节点间发生碰撞的可能性大大降低。在TDMA阶段,基于全局队列的最早截止时间优先(earliest deadline first,EDF)调度使得信道利用率明显提高。仿真结果表明:提出的多信道MAC调度算法可以有效提高网络的实时性和吞吐量。

面向卫星高速数字通信的IQ独立处理基带结构

提高卫星数字传输的速率要求增大信道带宽,需要接收端的高采样率的模数转换器支持。在极高采样率下,共模（I）、正交（Q）两路使用独立的模数转换器采样,需要分别进行基带处理。针对该应用场景,设计了一种IQ独立处理的基带结构。该结构通过重新设计辅助序列、调整处理顺序、改变处理算法等手段,使频偏估计与定时同步等处理步骤能在IQ数据上独立进行。仿真结果表明：所设计的结构传输速度快,与传统结构的误比特率性能差距在2dB之内。

低密度奇偶检验码译码的高效量化算法

为降低低密度奇偶检验码译码的硬件实现复杂度,提出了一种可变步长均匀量化"和积"译码算法。该算法分为两步进行:首先,检验节点和变量节点的外信息都以相同的量化步长进行均匀量化而进行迭代译码;然后,当迭代达到预定的次数时,检验节点和变量节点的量化步长分别乘以和除以预先选定的一个参数。仿真和现场可编程门阵列实现结果表明,与未量化的标准积译码算法相比,该算法的性能损失在0.1 dB以内;与同等性能的算法相比,该算法可以降低50%的硬件规模。

卫星高速数传系统相位噪声迭代补偿算法

针对相位噪声造成的卫星数传系统性能的下降,该文仿真分析了2种不同频段下的相位噪声对于未编码和有低密度奇偶校验(low-density parity-check,LDPC)码的高阶调制系统的影响,并针对较高频段相位噪声造成的编码系统性能的明显下降,提出了一种联合LDPC译码的相位噪声迭代补偿算法。该算法通过对比解调前与译码后符号的相位信息差异,利用相位噪声的窄带低通特性对其进行提取,进而通过构造迭代环路对解调前的符号进行补偿。仿真结果表明:该算法可以有效降低误比特率,对于因相位噪声引起的LDPC编码系统性能的下降有显著的改善作用。

低密度奇偶检验码的翻转扩张译码算法

为了降低低密度奇偶检验码的误码平底,提出一种基于陷阱集状态检测的两级置信度传播译码算法。该算法分2步进行,首先,按照标准的置信度传播算法进行迭代,直到检测到陷阱集状态的出现;然后,尝试对可能出现错误的比特的初始值进行翻转扩张继续进行迭代,直到译码成功或达到最大尝试次数。仿真结果表明:该算法大大降低了误码平底区域迭代译码所需的最大迭代次数,同时在进行很少次的尝试后,低密度奇偶检验码的误码平底可以降低近2个数量级。

联合载波恢复的高速均衡器设计及ASIC实现

单载波超宽带均衡器面临高达600Mb/s速率的挑战,同时要满足高性能、低复杂度以及低功耗的要求。传统均衡器无法同时满足上述要求。为克服传统均衡器结构的不足,该文提出了一种载波恢复与并行均衡器联合的环路结构。仿真结果表明该环路结构同时消除了码间干扰以及载波频偏,达到系统所需的性能要求。整个单载波超宽带接收机在台积电(TSMC)0.13um CMOS工艺下实现了流片,流片结果表明具有联合环路结构的均衡器功耗仅为12.4mW,仅占整个芯片功耗的4%,面积为1.8mm×0.9mm,占整个芯片面积的10%,满足低功耗和低复杂度的需求。

扫频干扰下多元频移键控与跳频通信的容量分析

为了分析宽带系统的抗干扰能力,提供抗干扰系统设计的准则,从信道容量的角度分析了扫频干扰下的跳频通信和多元频移键控(M-ary frequency shift keying,M-FSK)2种调制方式的通信性能。从理论上给出了两种调制方式的通信容量表达式,然后用仿真的方法分析了不同扫频干扰参数下的信道容量。分析了快速扫频和慢速扫频对两个系统的影响。结果表明:在快速扫频干扰影响下,跳频通信的通信性能恶化。而M-FSK具有较强的抗扫频干扰能力,其信道容量主要受到宽带噪声干扰的影响。因此,M-FSK在存在扫频干扰的情况下,能够取得更高的容量,具有更好的抗干扰能力。

超宽带信道下MBOK调制系统可达速率分析

该文从信息论角度分析了超宽带信道下MBOK(-Mary bi-orthogonal keying)调制系统(包括均衡、编码)的性能,以提供超宽带调制系统设计的理论分析工具。该系统采用频域均衡以获得分集增益,且均衡的残余干扰在MBOK解扩后也得以降低。基于最小均方误差(MMSE)频域均衡,并将MBOK解扩后的残余跨符号干扰视作Gauss白噪声,得到显式MBOK调制系统可达速率表达式。在超宽带CM4信道,可达速率分析结果表明MBOK调制系统不但有低峰均比的优点,且功率效率相对正交频分复用(OFDM)系统也可提高约1 dB。

图像传输信源信道联合解码算法

为提高遥感图像传输的可靠性,结合抗差错算术码和低密度奇偶校验码,提出了一种基于遥感图像压缩算法的联合信源信道解码算法。在该算法中,低密度奇偶校验码提供初步的解码结果,以帮助算术码解码器进行高效地序列解码;算术码修正后的比特信息被反馈至低密度奇偶校验码进行迭代解码,直至置信度解码算法收敛或者抗差错算术码算法中的堆栈为空(此情况下即宣告解码失败)。仿真结果表明,该方案同分离解码算法相比,能够有效地降低传输噪声的影响,重建图像的峰值信噪比最大能够取得15 dB以上的增益。

一种提高喷泉码译码成功率的算法

喷泉码采用的信度传播(BP)译码算法与最大似然译码相比具有低复杂度的优势,然而受到编码随机性的影响,其失败概率也较高。该文提出一种改进译码算法,在传统的BP译码失败时,通过将未译出的数据包假设为已知,使得迭代译码的条件重新满足,译码过程得以延续,并通过后续的译码过程求出假设包的真实值,从而译出更多的数据包。研究了该算法中假设包选取策略和假设包数等参数的设置问题。仿真结果表明,对于码长为10000,译码开销为5%的LT码,采用最大度选取策略,假设包数为20时,该算法使译码成功率达到98.2%,比现有BP译码算法提高约18.3%。

单载波超宽带下判决反馈均衡器芯片优化设计

单载波超宽带通信系统的均衡在芯片实现中面临高吞吐率、高性能和低复杂度3方面问题。该文从广播结构电路表达、delayed-sign-LMS系数更新算法和寄存器重采样芯片设计方法学3个角度提出一种适合芯片实现的判决反馈均衡(DFE)结构。该结构以标准LMS-DFE为基础,克服自适应反馈滤波器中迭代界对吞吐率的影响,解决广播结构中输入高扇出带来的延时和功耗问题。仿真结果表明:与直接结构LMS-DFE相比,该结构性能损失在0.1dB之内。芯片综合表明,基于Smic.18 CMOS工艺,吞吐率达到125Mb/s,与广播结构delayed-LMS-DFE相比,面积减少23%,功耗降低33%。

具有检错容错能力的LT码编译码算法

针对恶劣环境下接收数据中存在错误而导致喷泉码译码时的误码扩散问题,提出一种具有检错容错能力的LT(Luby transform)码编译码算法。利用LT码编码特点和BP(belief propagation)译码性质,通过对译出源包的冗余校验检出错误的编码包,结合LT码的纠删特性进行正确译码。通过增加少量译码开销,提高了LT码在接收数据错误时的传输可靠性。LT码作为Raptor码的内码,其容错设计可以作为Raptor码容错设计的参考。仿真结果表明:在采用优化度分布函数,包长为250 B,源包个数为512时,该算法可以检出任意数目编码包的错误,检错率达到99.9%以上,并且成功译码时新增译码开销不大于2%。