面向短突发场景的CPM通信系统研究

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短突发通信场景因其通信持续时间短、具有突发性的特点,具有一定的抗干扰、抗捕获的能力,被广泛地应用于军事通信、卫星通信和深空通信等领域。在短突发通信场景下,信道资源极为宝贵,一旦信号在传输过程中出现错误或丢失时,传统的基于自动重传请求(ARQ)机制的通信系统会极大的浪费信道资源,本文针对这一问题,提出了将数字喷泉码与连续相位调制相结合的面向短突发场景的通信系统,CPM信号包络恒定,功率利用率高,在卫星通信和深空通信等远距离通信场景非常适用,数字喷泉码作为信道编码,因其具有无码率的特点,克服了ARQ机制中的问题。首先,本文介绍了连续相位调制技术的基本原理,对CPM调制的信号模型、相位路径及状态转移、调制方式、最大似然译码算法、低复杂度解调算法等内容进行了分析。在此基础上,对不同调制参数下,CPM信号的功率谱特性和误码率性能进行了详细的分析和仿真,得到了CPM信号的调制阶数、调制指数、脉冲成型函数等参数对CPM性能的影响,为后续在不同短突发场景下的参数选择奠定了数据基础。其次,本文研究了数字喷泉码的概念,介绍了喷泉码的常用信道模型,对第一种数字喷泉码——LT码的编译码原理进行了分析,其中,从理论和仿真两个方面详细分析了理想孤波分布、鲁棒孤波分布和固定度分布等度分布函数的数学模型和置信传播(BP)算法和高斯消元算法(GE)两种译码算法对LT码编译码性能的影响,同时介绍了更适用于噪声信道的喷泉码——Raptor码,并对Raptor码和LT码的优缺点进行了分析。为不同的短突发场景下编译码方式的选择奠定了基础。最后,结合连续相位调制和数字喷泉码的特点,本文提出了面向短突发场景的喷泉码+连续相位调制级联通信系统方案,并对方案细节进行了详细介绍,这种系统能够克服传统ARQ机制下由反馈带来的信道占用和时延问题,提高在短突发场景下信息传输效率。此外,本文针对具体的通信场景,根据通信收发两端的工作方式,将短突发通信进一步细化为主动短突发通信和被动短突发通信两种场景,并根据对CPM系统性能分析和数字喷泉码的性能分析,结合两种短突发场景的具体特点,分别给出了不同场景下的系统参数,并对系统性能进行了仿真,得到了适用于两种短突发场景的系统参数。
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