宋 鑫，廖育榮b，丁 丹b，楊新巖，曾江輝

(航天工程大學(xué) a.研究生院；b.電子與光學(xué)工程系，北京 101416)

1 引 言

隨著有效載荷技術(shù)的發(fā)展，遙感衛(wèi)星所獲取的數(shù)據(jù)量急劇增加。地面對(duì)衛(wèi)星的可視時(shí)間十分有限，而固定編碼調(diào)制方式的傳輸速率恒定，有限時(shí)間內(nèi)的傳輸數(shù)據(jù)量難以滿足地面系統(tǒng)要求。為了及時(shí)有效地將衛(wèi)星采集到的海量遙感數(shù)據(jù)傳輸至地面站，文獻(xiàn)[1-2]采用了第二代數(shù)字衛(wèi)星電視廣播標(biāo)準(zhǔn)(DVB-S2)中的自適應(yīng)編碼調(diào)制(Adaptive Coding and Modulation,ACM)[3]方案，根據(jù)信道狀態(tài)的變化情況自適應(yīng)地切換編碼調(diào)制方案，實(shí)現(xiàn)了傳輸數(shù)據(jù)量的提升。該ACM方案采用BCH碼和LDPC碼級(jí)聯(lián)的編碼方案，可選碼率有1/4、1/3、2/5等，可選調(diào)制方式有QPSK、8PSK、16APSK等。但是ACM方案也存在固有的問(wèn)題：一是接收端需要計(jì)算信道狀態(tài)信息并反饋給衛(wèi)星，信道狀態(tài)計(jì)算誤差以及反饋時(shí)延會(huì)造成星上切換的編碼調(diào)制方案與地面終端不匹配；二是在信道狀態(tài)變化較快時(shí)，地面終端需要上傳大量的反饋信息，這會(huì)造成鏈路資源浪費(fèi)并且使得星上過(guò)于頻繁地切換編碼調(diào)制方案；三是在“階梯式”的切換方案下，鏈路余量仍未得到充分利用。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文利用ACM方案中碼率可變的思想，結(jié)合無(wú)速率碼[4]固有的隨機(jī)性和信道自適應(yīng)特性，采用了基于無(wú)速率碼的遙感數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。無(wú)速率碼作為一種特殊的信道編碼，最初作為糾刪編碼使用，但文獻(xiàn)[5-6]證明，無(wú)速率碼作為糾錯(cuò)編碼使用時(shí)也具有良好的性能。無(wú)速率碼的自適應(yīng)特性主要體現(xiàn)在碼率隨信道狀態(tài)的變化自適應(yīng)地進(jìn)行無(wú)縫調(diào)整，非常適合應(yīng)用于時(shí)變的無(wú)線信道中實(shí)現(xiàn)高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)了一種無(wú)速率碼鏈路傳輸協(xié)議，提出了譯碼累積分布函數(shù)的概念，將其定義為不同長(zhǎng)度的編碼數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的成功譯碼概率，并利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方式確定下一次發(fā)送時(shí)的最優(yōu)編碼長(zhǎng)度。但是文獻(xiàn)[7]沒有將無(wú)速率碼應(yīng)用至星地?cái)?shù)據(jù)傳輸中，也未對(duì)碼率的自適應(yīng)變化進(jìn)行仿真驗(yàn)證。文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)速率碼的自適應(yīng)算法以調(diào)整無(wú)速率碼的傳輸碼率，文獻(xiàn)[9]在文獻(xiàn)[8]的基礎(chǔ)上引入余量因子、平均重傳次數(shù)、信道加權(quán)系數(shù)等參數(shù)對(duì)自適應(yīng)算法進(jìn)行約束和優(yōu)化，提高了算法的可行性。但是文獻(xiàn)[8-9]中對(duì)調(diào)制方式的設(shè)置較為單一，預(yù)設(shè)的最低信噪比也在4 dB以上，對(duì)低信噪比下的傳輸情況考慮不足。

現(xiàn)有文獻(xiàn)中側(cè)重于對(duì)傳輸機(jī)制和策略的設(shè)計(jì)，未對(duì)傳輸過(guò)程中有效數(shù)據(jù)率和傳輸數(shù)據(jù)量進(jìn)行分析和處理，也未對(duì)低信噪比和多種調(diào)制方式下的傳輸情況進(jìn)行考慮。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出將無(wú)速率碼與QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等調(diào)制方式相結(jié)合進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)傳輸，并將低信噪比時(shí)的情況也考慮在內(nèi)。本文方法與文獻(xiàn)[2]的分析方法類似，但與文獻(xiàn)[2]相比，本文在參數(shù)選擇和數(shù)值計(jì)算時(shí)納入了無(wú)速率碼的譯碼環(huán)節(jié)，根據(jù)無(wú)速率碼的譯碼成功概率對(duì)碼率值進(jìn)行設(shè)置，并且可在單一調(diào)制方式下僅利用無(wú)速率碼的無(wú)縫調(diào)整實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)量的提升。

2 基于無(wú)速率碼的自適應(yīng)傳輸方案

2.1 傳輸方案

采用無(wú)速率碼進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕舅枷胧窃谛诺罓顟B(tài)快速變化時(shí)，接收端利用無(wú)速率碼自適應(yīng)地調(diào)整參與譯碼的比特?cái)?shù)，使得碼率發(fā)生變化，從而保持誤比特率恒定。基于無(wú)速率碼的遙感數(shù)據(jù)傳輸方案如圖1所示。

圖1 采用無(wú)速率碼的自適應(yīng)傳輸方案Fig.1 The adaptive transmission scheme using rateless codes

完整的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程包含5個(gè)步驟：

Step1 地面終端通過(guò)上行鏈路注入成像需求。

Step2 遙感衛(wèi)星獲取影像信息，對(duì)影像數(shù)據(jù)完成在軌處理。

Step3 對(duì)生成的信息產(chǎn)品進(jìn)行無(wú)速率編碼，將編碼后的數(shù)據(jù)加工成適用于星地傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。

Step4 遙感衛(wèi)星將Step 3中的若干組數(shù)據(jù)包通過(guò)下行鏈路實(shí)時(shí)傳輸至地面終端，終端接收到數(shù)據(jù)后即刻啟動(dòng)譯碼。

Step5 地面終端對(duì)一組數(shù)據(jù)包成功譯碼后，通過(guò)上行鏈路反饋確認(rèn)信息(Acknowledgement,ACK)給星上，衛(wèi)星開始傳輸下一組數(shù)據(jù)包，直至所有數(shù)據(jù)包都被終端成功接收，本次數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。

在整個(gè)傳輸過(guò)程中，地面終端不必進(jìn)行信噪比估計(jì)，也不需要向衛(wèi)星反饋信道狀態(tài)信息，只需要在每組數(shù)據(jù)包接收完成后向衛(wèi)星發(fā)送1 bit左右的ACK信息，相比ACM方案而言所需的反饋信息極少，減少了反饋時(shí)延帶來(lái)的空閑期。衛(wèi)星也不必在多種編碼調(diào)制方案之間進(jìn)行切換，只需要源源不斷地向終端傳輸數(shù)據(jù)，直到接收到終端上傳的ACK信息，這樣就提升了信道利用率，簡(jiǎn)化了衛(wèi)星工作模式。

2.2 無(wú)速率碼的選擇及參數(shù)設(shè)置

Luby提出的LT碼是第一種實(shí)用的無(wú)速率碼，但LT碼在加性高斯白噪聲(Additive White Gaussian Noise,AWGN)信道下存在明顯的誤碼平臺(tái)[10]。Shokrollahi提出的Raptor碼[11]也是一種典型的無(wú)速率碼，在編碼時(shí)一般將一個(gè)弱化的LT碼作為內(nèi)碼，在此基礎(chǔ)上增加了一個(gè)預(yù)編碼(通常采用高碼率的LDPC碼)，因此Raptor碼實(shí)際上是一種級(jí)聯(lián)碼。由于采用了級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，預(yù)編碼部分可以進(jìn)一步糾正LT碼譯碼結(jié)果中的差錯(cuò)，從而有效降低了誤碼平臺(tái)。因此，本文傳輸方案中的無(wú)速率碼設(shè)定為Raptor碼。

Raptor碼具有前向遞增冗余特性，可以利用之前的譯碼信息對(duì)新接收到的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，稱之為“漸進(jìn)”譯碼模式，這樣可以在不損失譯碼性能的前提下，進(jìn)一步降低譯碼復(fù)雜度。Raptor碼實(shí)際上是利用LT碼部分實(shí)現(xiàn)“漸進(jìn)”譯碼，設(shè)譯碼成功時(shí)LT碼的編碼長(zhǎng)度為n，LT碼輸入信息長(zhǎng)度為k，定義譯碼開銷為ε=n/k，LT碼的碼率為rLT=k/n，兩者互為倒數(shù)。遙感衛(wèi)星過(guò)境時(shí)鏈路傳輸損耗的變化會(huì)引起接收端符號(hào)信噪比Es/N0的變化，Raptor碼在每個(gè)信噪比下選取不同ε值時(shí)的譯碼成功概率Ps不同。但Ps與ε之間的關(guān)系受到調(diào)制方式、信噪比、預(yù)編碼種類、度分布函數(shù)、信息比特?cái)?shù)長(zhǎng)度等的影響，目前尚無(wú)確切的關(guān)系式可以表示兩者之間的關(guān)系。為了選取最佳ε值，本文對(duì)Raptor碼在不同調(diào)制方式和不同信噪比下的譯碼情況進(jìn)行蒙特卡洛仿真，將每個(gè)信噪比對(duì)應(yīng)的所有ε值從小到大排列并分別統(tǒng)計(jì)各ε值出現(xiàn)的頻率，將各頻率值依次累加作為相應(yīng)ε值下的譯碼成功概率。根據(jù)大數(shù)定律可知，當(dāng)大量重復(fù)某一實(shí)驗(yàn)時(shí)，最后的頻率無(wú)限接近事件概率，因此上述分析是合理的。

對(duì)Raptor碼在不同信噪比下的譯碼性能進(jìn)行仿真分析。Raptor碼的預(yù)編碼采用碼率為0.95的LDPC碼，輸入信息比特?cái)?shù)s=19 000，構(gòu)造校驗(yàn)矩陣時(shí)采用PEG算法，固定變量節(jié)點(diǎn)度數(shù)α=3，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)近似具有規(guī)則的度數(shù)β=60；內(nèi)碼為L(zhǎng)T碼，其度數(shù)分布為

Ω(x)=0.015x+0.495x2+0.167x3+

0.082x4+0.071x5+0.049x8+

0.048x9+0.05x19+0.023x66。

(1)

仿真采用聯(lián)合譯碼算法[12]，并在“漸進(jìn)”模式下進(jìn)行，在聯(lián)合譯碼算法中設(shè)置迭代次數(shù)的值為(30,30,10)。發(fā)送端采用QPSK、8PSK、16QAM以及64QAM共4種調(diào)制方式，信號(hào)功率歸一化為1 W，設(shè)置信噪比變化范圍為[-5,10] dB。采用蒙特卡洛仿真(仿真次數(shù)設(shè)為10 000次)，得到采用上述4種調(diào)制方式時(shí)各信噪比下不同ε值對(duì)應(yīng)的譯碼成功概率，部分結(jié)果如圖2所示。進(jìn)一步設(shè)定Pth=99.7%為閾值，選取Ps≥Pth時(shí)所對(duì)應(yīng)的最小ε作為最佳ε值，并根據(jù)ε與rLT的關(guān)系求得最佳碼率值。

圖2 Raptor碼的譯碼開銷與譯碼成功率關(guān)系圖(部分)Fig.2 The relation diagram of decoding overhead and decoding success probability of Raptor code

需要說(shuō)明的是，雖然通過(guò)無(wú)限增加編碼長(zhǎng)度可以保證Ps等于1，但是過(guò)多的編碼數(shù)據(jù)會(huì)增加接收端譯碼復(fù)雜度并降低碼率值，使得有效數(shù)據(jù)率下降。因此本文通過(guò)設(shè)定閾值的方式在Ps與ε之間進(jìn)行折中，且設(shè)定的閾值Pth為99.7%，幾乎逼近1，已經(jīng)確保了系統(tǒng)具有極大的概率可以成功譯碼。另外，通過(guò)與重傳機(jī)制[8]結(jié)合，總可以使得系統(tǒng)在該ε下具有良好的譯碼性能。

3 鏈路計(jì)算與傳輸數(shù)據(jù)量分析

3.1 星地傳輸鏈路的計(jì)算

為了計(jì)算采用無(wú)速率碼的系統(tǒng)在衛(wèi)星過(guò)境時(shí)的傳輸數(shù)據(jù)量，需要先對(duì)星地傳輸鏈路進(jìn)行計(jì)算與分析。在星地傳輸鏈路的計(jì)算中，通常使用接收機(jī)輸入端的載噪比C/N0來(lái)衡量信道的好壞，其中C為載波功率，N0為噪聲功率譜密度。下行鏈路計(jì)算方程為

[C/N0]=[EIRP]+[G/T]-[L]-[M]+228.6。

式中：方括號(hào)表示取對(duì)數(shù)；EIRP是衛(wèi)星發(fā)射天線的等效全向輻射功率，用來(lái)表征星上發(fā)射的載波功率的大??；G/T是地面接收天線的品質(zhì)因數(shù)；L是鏈路傳輸損耗；M是系統(tǒng)備余量；常數(shù)值228.6為玻爾茲曼常數(shù)取對(duì)數(shù)后的結(jié)果。

在衛(wèi)星過(guò)境期間，鏈路傳輸損耗L隨著星地傳輸距離的縮短而減小，從而引起了接收端載噪比C/N0的增加。不同傳輸距離都將對(duì)應(yīng)一個(gè)最佳傳輸碼率值以及最大有效數(shù)據(jù)率，無(wú)速率碼的作用就是通過(guò)其自適應(yīng)特性實(shí)現(xiàn)不同碼率之間的無(wú)縫切換。

3.2 Raptor碼在不同調(diào)制方式下的碼率

以采用聯(lián)合譯碼算法的Raptor碼為例，對(duì)無(wú)速率碼在信噪比變化時(shí)的碼率值進(jìn)行求解。設(shè)成功譯碼時(shí)的碼率值為r=rprLT，其中rp為預(yù)編碼的碼率，本文中為0.95。在2.2節(jié)中得到了不同調(diào)制方式下Raptor碼在Es/N0的值為[-5,10]dB時(shí)的最佳譯碼開銷ε，根據(jù)式(3)可以計(jì)算得到相應(yīng)的碼率值，結(jié)果如表1所示。

(3)

基于上述分析，將遙感衛(wèi)星的主要參數(shù)設(shè)置如下：軌道高度為400 km，EIRP值為15 dBW，符號(hào)速率Rs=30 Msymbol/s，載波頻率為7.25 GHz，地面終端G/T為27.6 dB，系統(tǒng)備余量為3 dB。為簡(jiǎn)單起見，暫不考慮滾降系數(shù)的影響。

在以上參數(shù)條件下可以仿真得到衛(wèi)星從進(jìn)站至過(guò)頂?shù)倪^(guò)程中，接收端載噪比C/N0的變化范圍約為[73,88]dB，根據(jù)式(4)可求得接收端信噪比Es/N0的變化范圍約為[-5,10] dB。

[Es/N0]=[C/N0]-10lg(Rs)。

(4)

表1求得的r是Es/N0為整數(shù)值時(shí)的碼率值，但衛(wèi)星過(guò)境時(shí)接收端信噪比是連續(xù)變化的，如果要真正實(shí)現(xiàn)不同碼率之間的無(wú)縫切換，還需要確定Es/N0在區(qū)間[-5,10] dB內(nèi)任意一點(diǎn)的碼率值。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，考慮利用上述計(jì)算出的碼率值r進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，以最小均方根誤差為約束條件，確定最佳擬合階數(shù)為7階，表達(dá)式為

(5)

式中：an為擬合參數(shù)。根據(jù)表1中的仿真數(shù)據(jù)得到擬合參數(shù)如表2所示，擬合曲線如圖3所示。

圖3 采用不同調(diào)制方式的碼率擬合曲線Fig.3 The code rate fitted curve withdifferent modulation schemes

表2 不同調(diào)制方式的擬合參數(shù)(部分)Tab.2 The fitting parameters with different modulation schemes

上述分析得到了信噪比與碼率值的關(guān)系，進(jìn)一步可以求出有效數(shù)據(jù)率隨信噪比的變化情況，將有效數(shù)據(jù)率乘以衛(wèi)星過(guò)境時(shí)間就得到了數(shù)據(jù)傳輸量。在過(guò)頂時(shí)刻將衛(wèi)星從進(jìn)站至出站的過(guò)程劃分為兩個(gè)階段，信噪比的變化情況是完全對(duì)稱的，兩個(gè)階段中碼率、有效數(shù)據(jù)率、傳輸數(shù)據(jù)量的計(jì)算方法和結(jié)果完全相同，因此這里只對(duì)衛(wèi)星從進(jìn)站至過(guò)頂?shù)倪^(guò)程進(jìn)行分析。如果將衛(wèi)星從進(jìn)站至過(guò)頂?shù)倪^(guò)程按等間隔信噪比進(jìn)行階段劃分，會(huì)導(dǎo)致每個(gè)階段內(nèi)衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)間不相同，使計(jì)算變得復(fù)雜。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，考慮采用等間隔中心角進(jìn)行階段劃分，這樣得到的各階段的運(yùn)行時(shí)間T是相同的，然后求解出有效數(shù)據(jù)率曲線的積分值Q，則QT即為傳輸數(shù)據(jù)量。圖4給出了中心角與仰角的關(guān)系圖，其中δ為中心角，θ表示仰角。將衛(wèi)星運(yùn)行過(guò)程按照中心角間隔為1°進(jìn)行階段劃分，以衛(wèi)星所處階段為橫坐標(biāo)重新畫出碼率值的變化情況，如圖5所示。其中，兩個(gè)橫坐標(biāo)值之間包含兩個(gè)階段，比如11～13對(duì)應(yīng)的是階段11和12。

圖4 衛(wèi)星運(yùn)行過(guò)程中仰角和中心角的關(guān)系圖Fig.4 The relation diagram of elevation angle and center angle during the operation of the satellite

圖5 衛(wèi)星過(guò)境時(shí)段內(nèi)碼率變化趨勢(shì)Fig.5 The code rate behavior during satellite transit process

3.3 傳輸數(shù)據(jù)量計(jì)算

假定遙感衛(wèi)星和地面終端按照2.2節(jié)中給出的方式進(jìn)行編碼和譯碼，則計(jì)算傳輸數(shù)據(jù)量時(shí)就可以參照2.2節(jié)及3.2節(jié)中的結(jié)論。為了便于與文獻(xiàn)[2]中的ACM方案進(jìn)行對(duì)比，假設(shè)在當(dāng)前碼率下數(shù)據(jù)包均一次性傳輸成功，在計(jì)算時(shí)暫不考慮傳輸時(shí)延和地面終端反饋ACK信息帶來(lái)的空閑期。對(duì)采用Raptor碼的系統(tǒng)而言，衛(wèi)星在運(yùn)行過(guò)程中任意位置處的有效數(shù)據(jù)率為

Rb-Rap=Rs·lb(M)·r。

(6)

式中：M為調(diào)制階數(shù)，Rs為符號(hào)速率，r為該位置處的碼率值。

參照文獻(xiàn)[2]在表3中給出了適用于本文中系統(tǒng)的ACM方案。需要說(shuō)明的是，階段1～6中的信噪比均小于基于DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)的ACM方案中給出的可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畹头?hào)信噪比，因此沒有滿足條件的編碼調(diào)制組合，不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

表3 基于DVB-S2的ACM方案Tab.3 The ACM scheme based on DVB-S2 standard

ACM方案中有效數(shù)據(jù)率Rb-ACM的計(jì)算方式與Rb-Rap相同，進(jìn)一步得到Rb-Rap與Rb-ACM的變化情況如圖6所示?？梢钥闯?，隨著仰角的增加，采用Raptor碼的系統(tǒng)在4種調(diào)制方式下的有效數(shù)據(jù)率不斷增加，并且實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫切換。這表明，與ACM方案相比，采用無(wú)速率碼的傳輸方案能進(jìn)一步利用“速率階梯”之間的信道余量進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而提高了遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l譜效率。

在3.2節(jié)中設(shè)置的參數(shù)下，1°中心角對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)間為T=15.02 s，求出圖6中各曲線與橫坐標(biāo)的積分值Q，則QT就是數(shù)據(jù)傳輸量D。表4中給出了幾種方案下的傳輸數(shù)據(jù)量，圖7給出了衛(wèi)星過(guò)境期間累計(jì)傳輸數(shù)據(jù)量的情況。

表4 幾種方案的傳輸數(shù)據(jù)量Tab.4 The data amount of different schemes

圖7 衛(wèi)星過(guò)境時(shí)段內(nèi)累計(jì)傳輸數(shù)據(jù)量Fig.7 The accumulated data amount during satellite transit process

令DM-Rap表示調(diào)制階數(shù)為M時(shí)Raptor碼系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)量，根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)可知，D4-Rap、D8-Rap、D16-Rap、D64-Rap分別比DACM提高了10.29%、21.30%、27.65%、20.70%，這表明采用無(wú)速率碼的傳輸方案在信道狀態(tài)條件極差且變化范圍較大時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。4種方案中，D64-Rap小于D16-Rap，因?yàn)榕c其他3種方案相比，采用64QAM的方案在相同信噪比下成功譯碼所需要的冗余比特最多，因此碼率最低，從而引起傳輸數(shù)據(jù)量的下降。但在其他3種方案中，通過(guò)增加星座點(diǎn)個(gè)數(shù)及其包含比特?cái)?shù)，足以彌補(bǔ)初始階段碼率偏低引起的傳輸數(shù)據(jù)量的損失，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，總能使得采用無(wú)速率碼進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的數(shù)據(jù)量達(dá)到最大。

圖8給出了本文4種傳輸方案和ACM方案在衛(wèi)星過(guò)境時(shí)段內(nèi)的頻譜效率，為便于觀察和對(duì)比，將橫坐標(biāo)設(shè)置為信噪比?？梢?，在采用無(wú)速率碼進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)傳輸時(shí)能夠進(jìn)一步挖掘ACM方案中“階梯”之間的鏈路余量，使頻譜效率隨信道狀態(tài)的變化而無(wú)縫變化，充分利用了衛(wèi)星信道的傳輸能力。從圖8中還可以看出，ACM方案共進(jìn)行了5次切換，而本文方案僅在單一調(diào)制方式下即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，且得到比ACM方案更多的傳輸數(shù)據(jù)量，進(jìn)一步體現(xiàn)了采用無(wú)速率碼進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)。

圖8 采用不同傳輸方案的頻譜效率曲線Fig.8 The spectrum efficiency curve with differenttransmission schemes

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)速率碼具有信道自適應(yīng)特性，在信道狀態(tài)變化較快時(shí)更具有優(yōu)勢(shì)，非常適合應(yīng)用于遙感數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中。與DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)中的ACM方案相比，采用無(wú)速率碼的方案頻譜效率更高，且不必進(jìn)行信道狀態(tài)的估計(jì)和反饋，有效降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，節(jié)省了大量的反饋開銷。本文以Raptor碼為例，提出了無(wú)速率碼與4種調(diào)制方式相結(jié)合的傳輸方案，給出了在譯碼成功概率Ps≥99.7%的性能目標(biāo)下不同調(diào)制方式和不同信噪比下的譯碼開銷和碼率，進(jìn)而根據(jù)鏈路預(yù)算結(jié)果，求解了衛(wèi)星過(guò)境期間的有效數(shù)據(jù)率和傳輸數(shù)據(jù)量，并與ACM方案進(jìn)行了比較。仿真和分析結(jié)果顯示，采用Raptor碼的傳輸方案能將傳輸數(shù)據(jù)量進(jìn)一步提高10.29%～27.65%，從而驗(yàn)證了該方案的正確性和有效性。

本文主要考慮的是不同調(diào)制方式下Raptor碼譯碼開銷的求解以及衛(wèi)星過(guò)境期間傳輸數(shù)據(jù)量的計(jì)算，在將來(lái)的研究中，可以進(jìn)一步考慮傳輸機(jī)制和策略對(duì)碼率值、傳輸數(shù)據(jù)量的影響。