DSAR进展趋向探讨性论文(2)

DSAR中的迭代解调关键技术

　　在深空通信极低SNR条件下，DSAR接收机首先需要实现有效解调，才能进行后续译码等处理。传统通信系统因解调门限较高，导致其在极低SNR下解调门限不够而无法有效工作。但对解调和译码进行联合处理，利用信道译码的信噪比放大功能，采用可靠性更高的译码软信息作为解调的判断依据，可有效地解决该问题，并使系统获得编码带来的高编码增益。在解调中，除了载波与定时等同步外，接收机还将遇到深空信道因探测器通信角度、速度及天体阻挡等因素，而导致的SNR等参数估计的高动态（变化速度快，变化幅度大）问题。所以，DSAR系统需采用在低SNR环境下仍然能高效工作的快速联合译码和SNR等解调参数估计的算法。如JPL仿真了联合1/31码率Turbo码与载波同步的超低信噪比传输系统，成功验证了超低符号信噪比(Es/N0)低达-15.8dB的有效可靠通信[6]。

　　迭代同步是迭代解调的重要组成部分。它可将放大信噪比后的信道译码软信息反馈给载波及定时同步环，使其较准确的判断载波及定时信息，实现低SNR迭代同步。该算法主要包含以下三类方案：直接将较准确的译码结果作为训练字辅助同步[7]；根据卷积码（Turbo码）等最大后验迭代解调，通过查找误差最小的Viterbi幸存路径辅助同步[8]；对译码软信息进一步处理反馈传统同步环辅助同步[9]。其中，方案一收敛慢，不适用突发信道，只能用于较好信道环境下的同步跟踪。方案二采用了最复杂的最大后验等译码，延迟和计算复杂度都非常大，但性能较好。方案三将LDPC译码软信息进行处理，根据一定的判决准则来协助同步。如采用硬判决——译码结果满足LDPC校验方程程度，作为判断解调参数估计准确性的依据[10],[11]。该方法性能较好，但大范围搜索导致复杂度较高[10]。另外，迭代解调还可检测低SNR下传统同步算法易出现的载波跳周或定时滑码问题。经编码的符号存在约束，如发生了跳周或滑码，其在译码时将不满足译码约束条件。研究表明：低SNR下的4/5码率LDPC编调制系统能有效的检测与纠正跳周[12]。而滑码与跳周的解决原理相似，也可利用信道译码约束来检测和纠正。

　　此外，SNR估计失误也会降低信道译码性能。在SNR估计过低时，译码性能会急剧恶化[13]。故为了充分获得编码性能，需进行SNR等信道信息的精确估计。而联合信道译码的SNR估计是在低SNR下仍有效的估计算法。其中，一类方法是将译码结果代入SNR估计计算式，并结果反馈给信道译码决定估计准确性[14]。该方法需要1次译码的完整结果，导致SNR估计时延较大。另一类方法采用期望最大准则将译码软信息用于SNR估计[15]。该方案收敛快，但复杂度较高。现有的联合解调译码算法的实现复杂度还是较高。其原因主要是未从更深层次挖掘译码迭代所反馈的软信息，只是简单的将软信息应用于传统算法中判决反馈场合的判断依据。所以，如何将同步、参数估计等解调处理有机结合到译码的迭代过程中，就能获得复杂度更低、解调译码延迟更少、性能更好的实现方案。

DSAR的发展趋势

　　DSAR技术经近几十年的发展，其检测与接收性能都已接近极限。如对其继续改进，其实现复杂度将急剧增加，但系统性能增加余量不大。如对于其中决定性能的信道码，采用较低复杂度的类Turbo码（即结构化LDPC码）的重复累积码，其性能已距香农极限约0.5-1dB。为了进一步接近香农极限，如再提高0.2-0.5dB性能，则需大大增加编码码长，并有效调整编码矩阵结构等措施。从而造成系统复杂度急剧增加，甚至不能实现。另外，联合迭代译码与解调及检测算法的复杂度仍非常高，还需研究它们的低复杂度实现方法。其中，需充分利用译码的迭代特性，将信道参数估计和检测、同步等解调处理完全融合到迭代接收机结构，减少DSAR系统信息处理的损失[16]。因此，对于极低SNR下DSAR技术的研究，还需兼顾理论性能与工程实现复杂度，在确保可实现的前提下，最大限度地提高深空传输性能。

结论与展望

　　DSAR技术是较为复杂的深空通信系统工程实现技术。其参数估计算法等关键技术也还需要进一步的完善和改进，而提高整个系统的性能。特别是该技术还需要与高性能的信道译码相结合，以译码迭代消息传递的方式，实现复杂度适中、性能优异的参数估计、检测和译码等联合迭代信息处理，以获得较好的系统性能。随着深空探测通信技术的发展，DSAR系统也继续向高可靠稳定、低实现复杂度及高智能化自动协调处理等方向不断发展，并将成为未来深空探测通信系统的关键技术和重要保障。

　　随着我国火星探测等深空探测计划的开展，DSAR技术也逐渐成为该领域的研究热点。该技术结合深空通信的信道特点，通过译码迭代带来的信噪比放大效应，最大限度地提高深空极低信噪比传输的有效性与可靠性，在深空通信领域有较大的应用前景。随着研究的深入及软硬件水平的提高，各类具有更高性能但复杂度也更大的联合译码与迭代检测与处理技术也将得以实现，并在未来通信系统中发挥更重大的作用。