空天通信作为新一代无线通信技术和航天科技前沿领域的结合,其发展呈现卫星容量宽带化、高中低轨网络化、星地网络异构融合化的趋势。而随着高通量空天通信的发展,信息传输面临环境衰减加剧、链路动态时变、业务场景复杂多样等难点。信道编码技术是通信系统的关键底层技术,需对高通量空天通信全过程的信息传输可靠性提供支撑。但在空天通信特性约束下,传统的编码技术途径对高通量空天通信的适用性不足,对大衰减、快时变链路下的信息连续可靠传输难以保障,对特点、需求迥异的复杂业务和场景也难以精准支持。因此,亟需开展面向高通量空天通信的可靠编码技术创新研究。围绕高通量空天信息传输可靠性需求,本文以提升空天通信特性约束下的编码适用能力为目标,基于极化码技术,开展面向高通量空天通信的新型信道编码理论与技术研究。以提升编码增益能力、适变能力和实用能力为核心,明晰空天通信特性对编码传输的影响机理,探究在少量计算存储开销下获取高编码增益的方法,设计适应空天时变信道的编码传输策略,提出面向空天典型业务和场景的联合编码解决方案,解决高通量空天通信下的编码技术可靠性保障难题。具体开展以下几个方面的研究:首先,开展极化码的高增益译码算法研究及其资源开销优化。针对极化码的编译码原理进行研究,重点针对极化码的高增益译码方法进行资源开销优化工作,基于对译码过程的理论分析,制定译码复杂度优化策略,在尽量保证误码性能的前提下,最大程度地减少译码计算、存储资源开销。使极化码高增益译码方法适合于能力受限的空天节点,提升空天通信编码增益的效用。其次,开展适用于空天时变链路的无速率极化码研究。确定适用于空天的无速率极化码方案设计原则,针对时变信道特点和减少重传需求,设计无速率极化码方案。面向时变信道中的信息连续编码传输需求,以提升效率为目标,设计自适应无速率极化码连续传输方案并进行性能验证。使极化码技术适用于动态时变的空天链路,提升空天通信编码传输的适变能力。再次,开展针对空天通信典型高速流业务的阶梯级联极化码研究。通过码块级联交织的方式引入时间维度保障其可靠性。针对级联编码需求,对高增益译码进行软输入软输出可迭代设计并进行简化,进而对阶梯级联极化码的译码流程进行综合设计。考虑时变链路中的高速流业务传输需求,设计适配的阶梯级联极化码无速率传输方案。为空天通信高速流业务提供一种新型高性能极化码编码方案,支撑空天编码传输对业务的精准匹配。最后,开展面向星地典型传输场景的极化码联合编码研究。以提升用户传输可靠性为目标,引入多天线分集增益,充分考虑空天场景天线相关性问题,开展极化码与空时编码的联合设计。面向星地多用户接入,考虑空天场景链路特点,设计极化码与SCMA联合编码方案,综合考虑估计、检测和译码流程,提升星地多用户接入信息传输可靠性。为星地传输提供新型极化码联合编码解决方案,提升空天通信典型场景下信息传输的可靠性。