卫星导航系统中电文纠错码的研究

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目前,卫星导航定位技术在诸多领域中发挥着越来越重要的作用,如何精确获得定位结果引起了学术界和工业界的广泛研究。对于卫星导航接收机来说,导航电文的准确性至关重要,并直接影响定位精度。为了提高导航电文的准确性,下一代卫星导航系统广泛采用了差错控制编码技术,以对抗导航电文在传输过程中由于噪声引发的错误。  本研究主要内容包括:⑴对下一代卫星导航系统中的典型差错控制编码方案进行研究,包括低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check,LDPC)码和BCH码的分析与应用、高效译码算法的设计与实现。论文分别对下列内容作了研究与讨论。⑵介绍线性分组码的基本原理,并对LDPC码的构造、编码和译码,BCH码的编码和译码进行了概括。此外,对下一代卫星导航系统中采用的典型的差错控制编码方案进行了介绍,阐述了卫星导航系统中采用差错控制编码的意义。⑶对下一代全球卫星定位(Global Positioning System,GPS)协议IS-GPS-800中给出的LDPC码采用迭代译码算法的性能进行了仿真分析。利用GPS导航电文消息的结构特点,提出了一种新颖的提前退出策略,以加速LDPC译码过程。仿真结果表明,提出的提前退出策略的平均迭代次数低于传统的提前退出策略,并且几乎没有任何性能损失。此外,提出的提前退出策略可以采用串行或者并行方式高效实现。因此,该策略非常适用于实际卫星导航接收机。⑷研究了准循环LDPC码在卫星导航系统中的应用,以克服IS-GPS-800协议给出的随机LDPC码缺乏结构特征、实现复杂度高的缺点。构造了与IS-GPS-800协议给出的随机LDPC码具有相同参数的准循环LDPC码,并设计了有效的编码方案。仿真结果表明,构造的准循环LDPC码的性能接近IS-GPS-800协议中给出的随机LDPC码的性能,并且具有易于实现的优点,因此是下一代卫星导航系统中差错控制编码方案的良好选择。⑸对北斗系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)中使用的BCH(15,11)码的结构特点进行了分析。利用BCH(15,11)码的结构性质,设计了一种低复杂度的软判决译码算法。仿真结果表明,设计的软判决译码算法在增加较少复杂度下,相对于传统的硬判决译码算法的性能获得了较大提升。此外,设计了该软判决译码算法的硬件结构并在FPGA(Field-Programmable Gate Array)上进行了综合验证。综合结果表明,译码器工作的最高时钟频率高于100MHz,足以满足北斗系统的数据率要求。
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