【正文】 待人，嚴于律己的生活作風(fēng)也是我工作和生活的楷模。與 她 們在一起生活和學(xué)習(xí)的美好時光給我留下了深刻的記憶。謝謝你們的關(guān)心和愛護，我會永遠記住你們?yōu)槲宜鞯囊磺?。再次對關(guān)心和幫助我的人們表示最真摯的謝意。 其次 ， 感謝和我共同生活學(xué)習(xí)的 同學(xué)們 ： 邱俊彩、田芳、王瑋慧、楊曼麗 等 的關(guān)心和幫助。馬志強老師淵博的知識、敏銳的洞察力、創(chuàng)新的思路令我敬佩 ； 馬志強老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、對科研工作的激情和執(zhí)著精神深深地影響和感染了我；馬志強老師對我的悉心指導(dǎo)使我受益匪淺。 第 四 章關(guān)于 Ⅱ型 HARQ 系統(tǒng) 常用的編碼 —— RS 碼的研究。對 RS 碼做了簡要研究。 本文的第 四 章是重點圍繞Ⅱ型 HARQ 系統(tǒng) 塊結(jié)構(gòu)傳輸 進行研究的。第 二章較為詳細的闡述了流星突發(fā)通信的原理、信道模型和通信協(xié)議，并對三種協(xié)議進行了簡單比較。這個現(xiàn)象也同樣適用于參數(shù) ? 。 由于一個高速率糾錯碼可以和 RS 碼結(jié)合起來作為 RS 譯碼器。因此， ? 與接收器的處理時間為 是一致的。 塊結(jié)構(gòu)傳輸中的數(shù)據(jù)分析 圖 、圖 、圖 顯示了Ⅰ型 HARQ 系統(tǒng)和Ⅱ型 HARQ 系統(tǒng)中塊結(jié)構(gòu)傳輸?shù)某跏夹旁氡?與 吞吐量 在不同參數(shù)下的圖形。 即對于固定的 ? ，? ?0T? 代表 ? ?tT???的一 段持續(xù)時間，則有 ： 26 ? ? ? ? ? ?00/ 2 ln /TT??? ? ? （ ） 塊 結(jié)構(gòu)傳輸在 Ⅱ型 HARQ 系統(tǒng) 的吞吐量的研究 對于任何一個Ⅱ型 HARQ 系統(tǒng)的塊結(jié)構(gòu)傳輸，用 / bmR? 表示傳輸長度，其中 ? 是發(fā)端發(fā)出的碼字數(shù)（ k?? ）。用 i? 表示第 i 個碼的誤碼率，由于在高斯白噪聲信道中每個碼的誤碼率相互獨立，則可得這個碼長為 n 的碼的誤碼率為： ? ?111m ii ????? （ ） 定義接受到第一個碼的時間是時間原點 ， bR 表示 傳輸速率， ??Et 是在時間段 ? ?1,bt t R??內(nèi)接受到的能量。截短后的碼與截短前的碼具有相同的糾錯能力。 RS編碼 給定一個（ n， k）的 RS 碼，則碼長為 n、冗余碼為 nk、碼率為 k/n。 合并方式的總結(jié) 通常，Ⅱ 型 HARQ 冗余遞增系統(tǒng)是效率最高的一種合并方式，但其系統(tǒng)復(fù)雜度比較高；在某些信道條件下，Ⅲ型 HARQ 系統(tǒng)的自解碼特性使其可以獲得比Ⅱ型系統(tǒng)更好的性能；分集合并和 Chase 合并由于實現(xiàn)簡單的特點，可以很好的降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，分集合并和Chase 合并也經(jīng)常作為一種輔助方式與冗余遞增或Ⅲ型 HARQ 系統(tǒng)相結(jié)合使用；部分重傳由于對反向 信道的要求較高，需進一步加以改進使其更加實用化。 不同合并方式的結(jié)合 分集合并和 Chase 合并 常常 和其他的合并方式相結(jié)合 使用 。如圖 所示，第一次傳輸后解碼失敗，設(shè)圖中箭頭所指向的比特位根據(jù)軟信息被判別為可靠度較低的比特，在重傳時，發(fā)端根據(jù)收端通過反向信道給定的信息，發(fā)送那些 可靠度較低的比特。 Chase 合并系統(tǒng)中的每個數(shù)據(jù)包也具有自解碼特性，但每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的相同的，因此有些文獻中將 Chase 合并稱為單冗余版本的Ⅲ型 ARQ 系統(tǒng)。例如，對于碼率為 1/2 的卷積碼， CPC 碼的刪余矩陣可以為1 1110010011P ???????，2 0111011001P ???????，每次傳輸?shù)木幋a速率為 5/6，兩數(shù)據(jù)包合并后的編碼速率為 5/12。并行級聯(lián) Zigzag 碼和并行級聯(lián) SPC 碼實現(xiàn)簡單，易于實現(xiàn)，雖然其性能比 RCPT 碼略差，但可以構(gòu)成較 實用 的冗余遞增系統(tǒng)。 速率兼容的 LDPC（ RCLDPC）碼用于 HARQ 中，其母碼速率為 8/13，通過刪余和擴展（刪余是隨機刪余，擴展要經(jīng)過精心設(shè)計具有速率 兼容 性質(zhì)的校驗矩陣實現(xiàn)），最后得到速率在 8/10 到 8/19 范圍內(nèi)速率兼容 碼。 冗余遞增系統(tǒng)即是通常提到的Ⅱ型 HARQ 系統(tǒng)，它要求所用的編碼具有速率兼容性，22 即在系統(tǒng)所使用碼集中，高編碼速率碼的冗余信息要包含于低編碼速率碼中，這樣先前傳輸 的數(shù)據(jù)包的信息在合并后可以被充分利用，且 可以使用相同結(jié)構(gòu)的解碼器完成對不同速率嗎的解碼。迭代合并的實質(zhì)是利用 Turbo 迭代原則來逼近兩個數(shù)據(jù)包合并后的最大似然譯碼。 圖 Chase 合并 在 Chase 合并中，對 于不同的糾錯編碼，實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)包的最大似然譯碼方法是不同的，對于 Turbo 碼等解碼算法較復(fù)雜的編碼，不易實現(xiàn)最大似然譯碼。設(shè)接收 的序列為 Y（ 1LY ? LNY ），譯碼序列為 mX ，最大似然譯碼就是尋求 mX ，使 ? ?mPY X（譯碼率）最大。另一方面，由于分集合并的復(fù)雜度低，可以采用各種糾錯編碼方式，且易于和其它包合并方式相結(jié)合應(yīng)用，因此在實際的系統(tǒng)中被廣泛采用。式子中， U 為預(yù)先設(shè)定的門限。存儲式 ARQ（ MRQ）是最初的分集合并形式，是分集合并的原型，其方法是對符號硬判決信息進行合并。所謂的包合并一般是指一次 ARQ 過程中，對要傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)的相同或不同冗余版本之間的合并。 總的來講，采用 CRC 作為檢錯碼比較可靠，而且需要的開銷也并不大。或者用數(shù)據(jù)包軟輸出的幅度均值來檢測包的錯誤，這里也要預(yù)先設(shè)定一個檢測門限，只是檢測門限隨著交織器長度變化而改變。 CRC 是系統(tǒng)碼，通過在信息包后面加入少量的校驗位實現(xiàn)較強的檢錯功能。這個方式一般稱為理想 SR 方式，因為理論上發(fā)端和收端需要無限大的緩沖區(qū)來存儲數(shù)據(jù)包，實際應(yīng)用的 SR 方式通常對緩沖區(qū)做一些限制。對于環(huán)回時間比較大或數(shù)據(jù)速率交大的場合，SW 方式效率很低。協(xié)議層分析就是根據(jù) HARQ 的重傳方式、合并方式、緩沖區(qū)處理等協(xié)議進行分析。平均通過率用來衡量系統(tǒng)的有效性，很多文獻也同時使用誤碼率或誤包率來衡量系統(tǒng)的有效性。若正確，向發(fā)端發(fā)送 ACK 應(yīng)答，表明發(fā)送成功，開始新的數(shù)據(jù)包的發(fā)送；反之發(fā)送 NAK 應(yīng)答，請求重發(fā)，發(fā)端收到重發(fā)請求后，根據(jù)一定策略來重發(fā)有關(guān)信息，如此往復(fù) 直到 解碼成功或達到預(yù)先設(shè)定的最大重傳次數(shù)。 HARQ 系統(tǒng)的原理 在 HARQ 系統(tǒng)中，是否將重傳前后的兩個或多個數(shù)據(jù)包的信息進行合并解碼以及采取什么方式合并，是系統(tǒng)分析和設(shè)計的一個關(guān)鍵問題，不同的合并方式往往是區(qū)別系統(tǒng)類別的主要依據(jù)。其基本思想是用FEC 來糾正傳輸中的多數(shù)錯誤，少數(shù)不可糾的錯誤通過重傳來糾正，這樣既保證了信息的可靠性又能兼顧有效性。前向糾錯（ FEC）和自動請求重傳（ ARQ）是無線通信系統(tǒng)常用的兩種差錯控制技術(shù)。下表列出了幾種不同的通信協(xié)議對系統(tǒng) 吞吐量 的改進情況。 3） 自動 請求 重傳 協(xié)議（ ARQ）：發(fā)射機發(fā)送一包到接收機，然后等待結(jié)合搜集的確認，接收機的肯定確認（ ACK），表明發(fā)射包已經(jīng)成功接收，發(fā)射機就發(fā)送下一包。如果探測發(fā)射和 接收 用不同的頻率，這種協(xié)議就是全雙工的。這相當于在發(fā)射機和接收機之間傳輸一路信息的延遲。在用廣播協(xié)議的系統(tǒng)中，發(fā)射機不判斷余跡的出現(xiàn)就連續(xù)不斷的發(fā)射足夠長時間的信息，在確保允許的概率情況下，所有的接受者都能收到信息或數(shù)據(jù)。如果必要，需要開始新的同步過程，然后重復(fù)上述過程。則信噪比 SNR 可以表示成數(shù)據(jù)傳輸速率 ??Rt的形式： ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?2/ 2/320 L LtT tTRR TP t P e A P q eS N R t N t N t R t?? ?? ? ? （ ） 14 從公式可知，接收 信噪比 SNR 與數(shù)據(jù)傳輸率 ??Rt有密切關(guān)系，這將為提高通信系統(tǒng)性能帶來重要幫助。 一般以 14 110m? 為界，低于此值的為欠密度。因此，流星突發(fā)通信 實際的數(shù)據(jù)傳輸效率相對較低。 以上所有過程均嚴格按照相關(guān)的通信協(xié)議在進行，雙方在傳輸信息時中還要有糾錯、重傳等 控制信號，這樣才能知道什么時候信道終止、信息交互到了 哪一包。到一定時間后，主站點 A 又開始發(fā)送探測信號 S，如主站點 A 能收到從站點 B 發(fā)的應(yīng)答信號 R，則重復(fù)以上信息、數(shù)據(jù)的交互傳輸過程。 圖 流星突發(fā)通信 示意圖 11 當收發(fā)天線波束相交的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)流星余跡時，主站點 A 和從站點 B 之間的信息和數(shù)據(jù)的交換過程如圖 所示。 整個通信系統(tǒng)可以雙工工作，也可以半雙工工作，半雙工工作時可預(yù)先約定站點的主從關(guān)系， 確定主動探測方和先發(fā)送數(shù)據(jù)方。將 （ ）代入（ ）中，則 ? ?/T a N?? 。典型的占空因數(shù)在零點零幾的范圍內(nèi)。雖然數(shù)據(jù)率可 以很高，但必須考慮到在等待過程中，支持通信的流星是很少的，因此 吞吐量 要遠低于數(shù)據(jù)率。一般情況下，平均的等待時間在幾秒到幾分之間。 2. 持續(xù)時間 從一個流星余跡產(chǎn)生信道到隨著余跡擴散而消失為止的時間，它大體上成指數(shù)分布。我國有關(guān)部門也在研制，已有樣機進入試驗階段。如需和從站 n 交換數(shù)據(jù)信息時，主站控制天線單元或天線單元的某一扇區(qū)對應(yīng)到從站 n 的方向，發(fā)送探測信號，看能否建立通信信道，如信道可用，則控制天線在此方向上停留一段時間，當信息交換完畢或流星余跡消失信道不可用時，主站控制天線到其它方向和其它從站通信。一些應(yīng)用場合有：應(yīng)急作戰(zhàn)指揮通信、氣象水文情況監(jiān)測網(wǎng)、海洋氣象監(jiān)測站、海島、山區(qū)、沙漠、高原等偏遠地區(qū)和相應(yīng)指揮中心間的通信等。 流星突發(fā)通信的應(yīng)用情況 在國外流星突發(fā)通信應(yīng)用場合還是很多的，如：美國在一些山區(qū)的信息收集站，用于收集山區(qū)的氣象等信息；美國海岸警備隊的監(jiān)測網(wǎng)，用于監(jiān)測相應(yīng)范圍內(nèi)的艦船情況。 7. 操作使用簡單 7 流星突發(fā)通信系統(tǒng)設(shè)備簡單，工作頻率基本上固定，自動化程度高，設(shè)備架設(shè)好以后，系統(tǒng)就按照一定的程序自動檢測，自動將數(shù)據(jù)發(fā)走，收方自動接收，將收到的數(shù)據(jù)合并送出。因此開拓 MBC，也就是開發(fā)該頻率資源。流星的作用就相當于一個“天然衛(wèi)星”，但它不像衛(wèi)星通信那樣需要昂貴的發(fā)射費用，也不存在維修和保養(yǎng)的問題。根據(jù)可觀察流星條件，流星余跡只有沿著以收發(fā)兩站為焦點的橢圓面的切線，流星反射信號才能從發(fā)射站傳輸 到接收站。即使是用升空平臺，由于要在較近的范圍內(nèi)實施干擾、升空平臺的功率容量的限制，干擾流星突發(fā)通信也較為困難。實際上發(fā)生核爆后，由于散射作用，有可能有利于流星突發(fā)通信。流星突發(fā)通信的抗干 擾能力首先體現(xiàn)在其傳播媒介是無法干擾的。一些試驗也表明，利用普通的天線，當發(fā)射機輸出功率為 1000 多瓦時，通信距離可達 2020 余公里，且不會因時空、氣候等變化或受到高空電離層的騷擾而影響通信質(zhì)量。雙方建立通信協(xié)議 (又稱握手協(xié)議 )。它的任務(wù)是把斷斷續(xù)續(xù)收到的信息先存儲起來，然后把它變換成連續(xù)信息再送到接收者的手中。 流星突然出現(xiàn)，消失很快，一般僅維持十分之幾秒到幾分，可能有人會想，流星一閃而過，用它來通信靠得住嗎 ？ 在通信技術(shù)不發(fā)達時期， 利用這樣轉(zhuǎn)瞬即逝的流星進行通信是十分困難，它不大適用在像電話那樣的連續(xù)實時通信。 ? 第五階段：（發(fā)展期） 80 年代以后，流星突發(fā)通信進入興旺期，美軍將其列入新的戰(zhàn)略通信手段，有關(guān)大學(xué)和機構(gòu)重新對其作了深入研究，取得不少成果。 ? 第四階段：（復(fù)活期） 到了 70 年代后半期隨著微處理機和 IC 存儲器的出現(xiàn)，對流星突發(fā)通信的研究再次復(fù)活，出現(xiàn)了可實用的第二代流星通信系統(tǒng)。這期間還對諸如 VHF 的傳送進行了 研究，對流星余跡反射電波現(xiàn)象的基礎(chǔ)研究也有了進一步發(fā)展。 1957 年 12 月 PIRE 上發(fā)表了關(guān)于流星突發(fā)通信的 12 篇論文和 2 篇簡訊，系統(tǒng)的介紹了加拿大、英國和美國電波傳播科學(xué)家二戰(zhàn)后對流星 突發(fā)通信的理論研究成果。 二戰(zhàn)后，無線電頻段發(fā)展到 VHF 頻段，通信工程專家變得對流星傳播現(xiàn)象開始感興趣。二戰(zhàn)期間，雷達的應(yīng)用推動了對流星余跡的研究。 然后， 1921 年的夏天，位于美國的一家長波傳輸局在進行電波觀測實驗的時候發(fā)現(xiàn)流星群的出現(xiàn)和電波的接受之間有著明顯的關(guān)系。 MBC 僅適用于幾千比特到幾十千比 特低速、 小容量的實時通信。每天 大約有一 噸 的 流星進 入 地球大氣層，流星與大氣摩擦發(fā)出巨大光和熱、它使得流星周圍氣體電離，形成以流星軌跡為中心的電離云，即“流星余跡”。 Hybrid ARQ System。 關(guān)鍵字 ：流星突發(fā)通信 HARQ 系統(tǒng) RS 碼 塊結(jié)構(gòu)傳輸 吞吐量 2 Abstract In this article, first we introduced meteor burst munication39。 流星突發(fā)通信中的 HARQ 技術(shù)研究 畢業(yè)論文 目 錄 摘 要 ................................................................................................................................................ 1 Abstract ...............................................................................................................................