GB/T 43423-2023 空間數(shù)據(jù)與信息傳輸系統(tǒng) 深空光通信編碼與同步（正式版）

ICS49.140GB/T43423—2023空間數(shù)據(jù)與信息傳輸系統(tǒng)深空光通信編碼與同步國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T43423—2023 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 1 1 1 25.1體系結(jié)構(gòu) 2 35.3下行數(shù)據(jù)編碼與同步子層內(nèi)部組織 35.4上行信標(biāo)和可選伴隨AOS/USLP傳送幀的編碼與同步子層內(nèi)部組織 55.5位序號的約定 66下行數(shù)據(jù)的編碼與同步 66.1信號說明 66.2傳送幀 76.3附加同步標(biāo)識 7 86.5偽隨機(jī)發(fā)生器 96.6添加循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC) 96.7添加終止二進(jìn)制位 6.9信道交織器 6.10碼同步標(biāo)識 6.12時(shí)隙映射器 6.13插入保護(hù)時(shí)隙 6.14傳送幀有效性確認(rèn) 6.15序列指示 7上行信標(biāo)和可選伴隨數(shù)據(jù)傳送幀的編碼與同步 7.1信號說明 7.2信標(biāo)信號 7.3編碼與同步子層輸入 7.4附加同步標(biāo)識 7.5分塊器 ⅡGB/T43423—2023 7.7偽隨機(jī)發(fā)生器 7.8信道交織器 7.9碼字同步標(biāo)識 7.10PN擴(kuò)頻器 7.12插入保護(hù)時(shí)隙 7.13AOS/USLP傳送幀有效性確認(rèn)和序列指示 8管理參數(shù) 8.1管理參數(shù)說明 8.2下行數(shù)據(jù)管理參數(shù) 8.3上行數(shù)據(jù)管理參數(shù) 附錄A(規(guī)范性)服務(wù)定義 ⅢGB/T43423—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由全國宇航技術(shù)及其應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC425)提出并歸口。本文件起草單位：北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部、北京衛(wèi)星信息工程研究所、西安空間無線電技術(shù)研1GB/T43423—2023空間數(shù)據(jù)與信息傳輸系統(tǒng)深空光通信編碼與同步1范圍本文件描述了空間數(shù)據(jù)與信息傳輸領(lǐng)域深空任務(wù)背景下空間對地光通信中數(shù)據(jù)鏈路層編碼與同步子層的功能、下行數(shù)據(jù)的編碼與同步、上行信標(biāo)和可選伴隨數(shù)據(jù)傳送的編碼與同步以及管理參數(shù)。本文件適用于深空激光通信領(lǐng)域通過大氣信道傳輸?shù)目諏Φ睾偷貙請鼍暗母吖庾有舒溌罚渌麘?yīng)用參考使用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T42041—2022航天術(shù)語空間數(shù)據(jù)與信息傳輸GB/T43372—2023空間數(shù)據(jù)與信息傳輸系統(tǒng)深空光通信物理層GB/T42041—2022界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1編碼碼率coderate編碼器輸入信息符號的平均數(shù)與相應(yīng)輸出符號平均數(shù)之比。3.2編碼后輸出、在譯碼時(shí)作為一個整體處理的數(shù)據(jù)序列。3.3在信息碼序列中加入的多余碼元(校驗(yàn)元)與當(dāng)前的若干信息碼元以及以前的若干信息碼元存在某種函數(shù)關(guān)系的一種糾錯碼。3.4同步標(biāo)識傳送幀synchronization-markedtransferframe;SMTF由附加同步標(biāo)識(ASM)和傳送幀組成的數(shù)據(jù)單元。4縮略語下列縮略語適用于本文件。2GB/T43423—2023AOS:高級在軌系統(tǒng)(AdvancedOrbitingSystems)ASM:附加同步標(biāo)識(AttachedSynchronizationMarker)CRC:循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CyclicRedundancyCheck)CSM:碼同步標(biāo)識(CodewordSynchronizationMarker)FECF:幀差錯控制域(FrameErrorControlField)LDPC:低密度奇偶校驗(yàn)碼(Low-DensityParity-Check)MSB:最高有效位(MostSignificantBit)OSI:開放系統(tǒng)互連(OpenSystemInterconnection)OTM:光遙測(OpticalTelemePN:偽隨機(jī)噪聲(Pseudo-randomNoise)PPM:脈沖位置調(diào)制(PulsePositionModulation)SCPPM:串行級聯(lián)卷積碼脈沖位置調(diào)制(SeriallyconcatenatedConvolutionallycodedPulsePositionModulation)SMCW:同步標(biāo)識碼字(Synchronization-MarkedCodeWord)SMTF:同步標(biāo)識傳送幀(Synchronization-MarkedTransferFrame)TM:遙測(Telemetry)USLP:統(tǒng)一空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議(UnifiedSpacedataLinkProtocol)5總則圖1描述了本文件與OSI分層的關(guān)系?？臻g數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議把數(shù)據(jù)鏈路層分為同步與信道編碼子OSI分層空問數(shù)據(jù)與信息傳空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議網(wǎng)絡(luò)及以上層網(wǎng)絡(luò)及以上層數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議子層同步與信道編碼子層遙測空問數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議/高級在軌系統(tǒng)空向數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議/統(tǒng)一空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議子層協(xié)議物理層物理層深空光通信物理層協(xié)議圖1本文件與OSI分層的關(guān)系深空光通信編碼與同步子層所支持的空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議包括TM空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議(見GB/T39351—2020)、AOS空間數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議(見GB/T39345—2020)和USLP(見GB/T42040—2022)。光通信編碼與同步對固定長度的傳送幀提供以恒定的幀速率在空間鏈路的物理信道上的傳輸本文件規(guī)定的深空光通信編碼與同步協(xié)議為傳送幀在深空鏈路上的傳送提供同步與信道編碼功3GB/T43423—2023GB/T43372—2023規(guī)定了傳送幀(包括下行數(shù)據(jù)、上行信標(biāo)與可選伴隨數(shù)據(jù))的物理特征。在實(shí)際應(yīng)用中，地面站將信標(biāo)和可選數(shù)據(jù)發(fā)射至航天器，航天器將下行數(shù)據(jù)信號發(fā)射到地面站。深空光通信系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。在整個通信會話過程中，地面站終端A發(fā)送信標(biāo)以及可選伴隨AOS傳送幀或USLP傳送幀數(shù)據(jù)。星上終端B接收機(jī)鎖定信標(biāo)，并利用其輔助光通信終端發(fā)射機(jī)精準(zhǔn)瞄準(zhǔn)。同時(shí)，上行可選伴隨AOS傳送幀或USLP傳送幀被星上終端B在軌譯碼。星上終端B發(fā)射OTM傳送幀、AOS傳送幀或固定長度USLP傳送幀，地面站終端A接收OTM傳送幀、AOS傳送幀或固定長度USLP傳送幀。深空光通信編碼與同步子層用于傳輸深空鏈路上的傳送幀，提供以下功能：a)信道編碼；b)同步；c)傳送幀有效性確認(rèn)。星上終端星上終端BUSI.P傳送幀地面站終端A上行信標(biāo)和可選伴隨AOS或USI.P傳送幀圖2深空光通信系統(tǒng)架構(gòu)星上終端B向地面站終端A發(fā)射的下行數(shù)據(jù)(包括空間對地面的下行鏈路OTM傳送幀、AOS傳送幀或固定長度USLP傳送幀)的編碼與同步特性見第6章，地面站終端A向星上終端B發(fā)送上行信標(biāo)和可選伴隨AOS傳送幀或USLP傳送幀的編碼與同步特性見第7章。5.3下行數(shù)據(jù)編碼與同步子層內(nèi)部組織圖3為下行發(fā)送端編碼與同步子層內(nèi)部組織流程圖，主要描述了各功能之間的邏輯關(guān)系。在發(fā)送端，編碼與同步子層接收來自數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議子層長度固定且速率恒定的傳送幀，根據(jù)任務(wù)選擇執(zhí)行功注：圖3所示內(nèi)容并不表示實(shí)際系統(tǒng)中硬件和軟件的配置。4GB/T43423—2023圖3下行發(fā)送端編碼與同步子層內(nèi)部組織流程圖圖4為下行接收端編碼與同步子層內(nèi)部組織流程圖，主要描述了子層所執(zhí)行的功能以及功能之間的邏輯關(guān)系。在接收端，編碼與同步子層接收物理層輸出，運(yùn)行任務(wù)所選功能。終端接收機(jī)輸出是指已接收傳輸每個時(shí)隙的時(shí)隙測量結(jié)果，包括終端接收機(jī)對光信號強(qiáng)度、觀測到的光子數(shù)量或相關(guān)統(tǒng)計(jì)的評估。碼字同步與SCPPM解碼是其中的一項(xiàng)功能，此功能可恢復(fù)SMTF。SMTF中所出現(xiàn)的同步標(biāo)識可以同步、恢復(fù)每個傳送幀，傳送幀與質(zhì)量指示和序列指示一起發(fā)送至數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議子層。注：圖4所示內(nèi)容并不表示實(shí)際系統(tǒng)中硬件和軟件的配置。深空光通信與射頻通信的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的分層有所不同，深空光通信將信號的解調(diào)制功能定義在編碼與同步子層之中，而非在物理層。到數(shù)據(jù)鏈路層傳送幀質(zhì)量指示序列指示時(shí)隙測量數(shù)據(jù)圖4下行接收端編碼與同步子層內(nèi)部組織流程圖SCPPM解碼、傳送幀恢復(fù)后，接收端的協(xié)議上層需確認(rèn)恢復(fù)后的每個傳送幀是否可作為有效的數(shù)據(jù)單元。進(jìn)行傳送幀有效性確認(rèn)，同時(shí)生成質(zhì)量指示。SCPPM解碼器決定SCPPM每個碼字是否解碼正確。從正確解碼的SCPPM碼字中恢復(fù)的傳送5GB/T43423—2023幀標(biāo)記為合格幀，從一個或多個解碼不正確碼字中恢復(fù)的傳送幀標(biāo)記為無效幀。使用ASM同步傳送幀的方法，見6.3。5.4上行信標(biāo)和可選伴隨AOS/USLP傳送幀的編碼與同步子層內(nèi)部組織5.4.1發(fā)送端傳送幀內(nèi)部組織圖5為上行發(fā)送端的內(nèi)部組織圖，主要描述了編碼與同步子層所進(jìn)行的功能以及功能之間的邏輯關(guān)系，在發(fā)送端，編碼與同步子層接收來自數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議子層的固定長度AOS/USLP傳送幀。然后，編碼與同步子層執(zhí)行任務(wù)所選功能，生成LDPC編碼的SMCW。SMCW是PN擴(kuò)頻映射到二進(jìn)制脈沖位置調(diào)制(2-PPM)的符號。隨后將兩個保護(hù)時(shí)隙插入2-PPM符號流，發(fā)送到物理層。注：圖5所示內(nèi)容不具體指向真實(shí)系統(tǒng)中的任何硬件或軟件配置。A0S/USLP傳到物理層的二進(jìn)圖5上行發(fā)送端內(nèi)部組織圖5.4.2接收端傳送幀內(nèi)部組織5.4.2.1上行接收端流程說明圖6為上行接收端內(nèi)部組織圖，該圖展示了子層所進(jìn)行的功能以及功能之間的邏輯關(guān)系，接收端編碼與同步子層接收來自物理層接收器的輸出，執(zhí)行任務(wù)所選功能。這些功能包括2-PPM、碼字同步、LDPC解碼和AOS傳送幀同步。AOS/USLP傳送幀恢復(fù)后，與質(zhì)量指示和序列指示一起發(fā)送至數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議子層。注：圖6所示內(nèi)容不具體指向真實(shí)系統(tǒng)中的任何硬件或軟件配置。6GB/T43423—2023功能時(shí)隙測量使用ASM同步傳送幀的方法，見6.3。本文件采用下述位序號的約定，以便識別Nbit數(shù)據(jù)域中的各位。對Nbit數(shù)據(jù)的高低位遵守下述約定：第1個傳送的bit稱之為bit0,緊接的bit定義為bit1,這樣依次到bitN-1。當(dāng)該數(shù)據(jù)域用作表示一個二進(jìn)制值時(shí)(例如計(jì)數(shù)器),MSB是該數(shù)據(jù)域最先傳送位，也就是bit0,如圖7所示。根據(jù)通信慣例，1個字節(jié)為8bit。bit0bitN—16下行數(shù)據(jù)的編碼與同步下行以TM、AOS/USLP傳送幀作為輸入，產(chǎn)生一個指示脈沖時(shí)隙位置的二進(jìn)制向量輸出到物理層。圖8為下行數(shù)據(jù)傳送功能流程圖。該圖標(biāo)識出了該子層的功能及功能之間的邏輯關(guān)系。功能模塊7GB/T43423—2023SMTFSMTF添加循環(huán)冗余校驗(yàn)卷積編碼器碼交織器SCPIM'…g-ISCPIM編碼器累加器92w3,i],…,9S-SCPPM碼寧泥"',…,9y-信道交織器rr…-]重復(fù)時(shí)隙映射器hu3,Ha1,Hu;S+T-r3nv'.….9ki#i-1送入物理層圖8下行數(shù)據(jù)傳送功能流程圖如圖8所示，每個傳送幀的前端都包含一個ASM。6.3中規(guī)定了ASM的生成與插入方式，由ASM和傳送幀組成的數(shù)據(jù)單元稱為SMTF。SMTF數(shù)據(jù)流被分割成信息塊并做偽隨機(jī)化。隨后每個偽隨機(jī)化后的信息塊被添加上循環(huán)冗余校驗(yàn)和終止位，作為信道編碼器的輸入。由生成碼字組成的PPM符號進(jìn)行交織，在每個交織碼字前附加一個CSM。每個PPM符號被重復(fù)并映射成長度為M的二進(jìn)制向量，并生成脈沖時(shí)隙向量。在每個PPM符號后插入保護(hù)時(shí)隙。地面接收端需要兩級同步，即碼字同步(由CSM識別)和傳送幀同步(由ASM識別)。通過識別符號流中特定的同步碼來實(shí)現(xiàn)CSM同步，再通過進(jìn)一步核驗(yàn)完成同步驗(yàn)證。6.2傳送幀編碼和同步子層的輸入為傳送幀序列，其結(jié)構(gòu)可用公式(1)表示： ,9ai,…,9iaA-1…………(1)對于i∈{0,1, ,A—1},第i個傳送幀ia1用公式(2)表示：Yia1=9ra1(0),9Ra1(1 ,9Ra1(j),…,9Ra1(T;—1)………………(2)T;——第i個幀的位數(shù)。6.3附加同步標(biāo)識在每個傳送幀的前面加入一個32bit的ASM,形成一個SMTF,其中ASM是固定的32bit的同步8GB/T43423—2023對于i∈{0,1,…,A-1},用十六進(jìn)制符號表示1ACFFC1D。第i個SMTF的9ibi用公式(3)和公式(4)表示：2ib1=9b'(0),9b3(1), ,9b'(j),…,9b'(B;—1)……(3)其中B;=T;+32,且： (4)附加ASM序列的SMTF結(jié)構(gòu)如圖9所示。傳送幀SMI'Thu1Rahu?-1ASM序列圖9附加ASM序列的SMTF結(jié)構(gòu)圖6.4分塊器6.4.1分塊長度決定，見表1,r為SMTF序列被分割成長度為k的信息塊，其中k由編碼碼率r決定，見表1,r為管理參數(shù)。最后一個信息塊的長度可能小于k。表1信息塊定義編碼碼率r信息塊大小k添加CRC-32和2bit終止符后的信息塊長度k分塊器的輸出應(yīng)以最少數(shù)量的“0”進(jìn)行補(bǔ)零，使其長度為k的倍數(shù)。通過分塊和補(bǔ)零后分塊器輸出如圖10所示?！猦bi1-分塊器輸中(信息塊)—kbit—kbit圖10分塊器輸出示意圖SMTF序列的9ib?,9b1,…,9b3,…,9ibA-1可看作一個具有相同順序的二進(jìn)制一維向量，可用公式(5)表示： 9GB/T43423—2023式中：B——2ibi包含的bit數(shù)的和。(6)～公式(8)表示：=9Rb(0),9Rb(1), ,9b(j),…,9hb(B+P-1)……………(6) (7)P=min{p:k|B+p} (8)分塊器將9b分為C=(B+P)/k個分塊并重新編號，每個分塊長度為k的9ic可用公式(9)～公式(11)表示：2ic=ic?,9ic1, ,9ic1,…,9icC-1…………(9)對于i∈{0,1, ,C—1},第i個分塊表示為： ,9c1(j),…,9c1(k—1)………………(10)對于j∈{0,1,…,k—1},第i個分塊第j個符號表示為：9c1(j)=9b(ki+j)…………(11)6.5偽隨機(jī)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)化的方式是將分塊器輸出的每一個大小為kbit的信息塊與標(biāo)準(zhǔn)的偽隨機(jī)序列逐位進(jìn)行異或運(yùn)算，經(jīng)過一個偽隨機(jī)序列周期(255bit)后繼續(xù)重復(fù)循環(huán)，直到信息塊結(jié)束為止，偽隨機(jī)發(fā)生器數(shù)據(jù)流程圖如圖11所示。信息塊十偽隨機(jī)化的信息塊偽隨機(jī)序列在輸入信息塊之前，初始化為“全l”狀態(tài)圖11偽隨機(jī)發(fā)生器數(shù)據(jù)流程圖對于i∈{0,1, ,C-1},第i個偽隨機(jī)信息塊用公式(12)表示：9id3=9hdi(0),9di(1), ,9Rd'(j),…,9d3(k—1)……(12)對于j∈{0,1, ,k—1},第i個信息塊第jbit用公式(13)表示： (13)偽隨機(jī)序列p(j)的定義見GB/T39351—2020中11.4。6.6添加循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)每個偽隨機(jī)化信息塊的末尾需要添加32bit的循環(huán)冗余校驗(yàn)位(32-CRC),如圖12所示。GB/T43423—2023xx1x-2Y3x1x1x?x1x16x17x18xx27隨禮化信息塊x29含CRC附件的隨機(jī)化信總塊O-Ne'(0),含CRC附件的隨機(jī)化信總塊O-Ne'(0),NRe(1).....Re'(k+31)x100(2)(2q圖1232-CRC生成示意圖GB/T43423—202332-CRC二進(jìn)制位的計(jì)算為：第i個添加了32-CRC的偽隨機(jī)化信息塊用公式(14)和公式(15)表示：Yie3=9he3(0),9e'(1),…,9he3(j),…,9he3(k+31)……(14)…(15)對于i∈{0,1,…,C-1},第i個偽隨機(jī)化信息塊9di用32個“0”填充，多項(xiàng)式用公式(16)表示：9hd'[X]=9di(0)X*+31+9d'(1)X*+30十 +9rd'(k—1)X32 (16)32-CRC二進(jìn)制位多項(xiàng)式用公式(17)表示：z1(X)=z6X31+ziX30+ 十z30X+z31……(17)并且由公式(18)和公式(19)計(jì)算得出：其中：) (18)h(X)=X32+X2?+X18+X14+X3+1 項(xiàng)的移位寄存器初始化為“全1”狀態(tài)。6.7添加終止二進(jìn)制位塊，對于i∈{0,1,…,C-1},輸入SCPPM編碼器的第i個信息塊用公式(20)和公式(21)表示：9fi=9fi(0),9Rfi(1),…,9Rfi(j),…,9if'(k-1)..…………(20)其中：……這些信息塊被稱為SCPPM編碼器輸入信息塊。帶有32-CRC和二進(jìn)制終止位的偽隨機(jī)化信息塊如圖13所示。偽隨機(jī)化后的信息塊偽隨機(jī)化后的信息塊32-CRC圖13SCPPM編碼器輸入信息塊6.8SCPPM編碼器6.8.1SCPPM編碼器的結(jié)構(gòu)k=15120r(見表1),外碼編碼器產(chǎn)生15120個二進(jìn)制卷積編碼符號，編碼符號經(jīng)交織、累加后映射為PPM符號。GB/T43423—2023PPM映射外碼編碼器15120個二進(jìn)制數(shù)15120個編碼符號卷積編碼器內(nèi)碼編碼器碼交織圖14SCPPM編碼器結(jié)構(gòu)示意圖6.8.2卷積編碼器6.8.2.1生成多項(xiàng)式SCPPM外碼是一個約束長度為3的卷積碼，其生成多項(xiàng)式可用公式(22)表示：g(1(D)=1+D2g(2)(D)=1+D+D2 (22)該生成多項(xiàng)式用八進(jìn)制記數(shù)法記為[5,7,7]。母碼編碼碼率為1/3的卷積編碼器如圖15所示。h(3j)h(3j)SRf)eRfu-2)圖15母碼編碼碼率為1/3的卷積編碼器SCPPM編碼器的第i個二進(jìn)制輸入信息塊的第j個符號9沉fi(j)進(jìn)入卷積編碼器后，產(chǎn)生3個編碼符號98h’(3j),9Rh'(3j+1),9Rh'(3j+2)分別對應(yīng)多項(xiàng)式g1(D)、g2(D)、g(3)(D),9fi的所有k個二進(jìn)制位輸入編碼器后，編碼器產(chǎn)生卷積碼字可用公式(23)表示：9ih3=9hi(0),9hi(1),…,9Rh3(3k-1)…(23)在對每個輸入信息塊進(jìn)行編碼之前，應(yīng)將編碼器初始化為“全0”狀態(tài)。由于上一步驟的添加終止二進(jìn)制位，第1個輸入信息塊以外的每個輸入信息塊，自然會被初始化為“全0”狀態(tài)。使用表2中給出的刪余模式，可以對編碼碼率為1/3的碼進(jìn)行刪余，得到編碼碼率為1/2碼或2/3碼。刪余操作流程見圖16。表2卷積編碼器刪余模式編碼碼率P?1111110110110010GB/T43423—2023j-0if(Pmmods=1)j←j+1endifendfor圖16刪余操作流程圖刪余得到的第i個卷積碼字用公式(24)表示：9ihi=9h1(0),9h'(1), ,9Rh'(15119)……(24)6.8.3編碼交織器每個長度為15120bit的卷積碼字需要通過一個深度為15120bit的塊交織器進(jìn)行置換，對于i∈{0,1,…,C—1},第i個交織碼字用公式(25)表示： 對于j∈{0,1, ,15119},第i個交織碼字的第j個碼符號用公式(26)和公式(27)表示：Rli(j)=9rh(π[j]) (26)其中：π[j]=(1lj+210j2)mod15120…………(27)交織器可以通過將碼符號從位置“0”到位置“15119”順序?qū)懭?，并以交織順序從位置?0)到π(15119)讀出來實(shí)現(xiàn)。編碼交織器是SCPPM編碼器的一部分，與信道交織器無關(guān)。6.8.4累加器交織卷積碼字進(jìn)入一個編碼碼率為1且傳遞函數(shù)為1/(1+D)的累加器，如圖17所示。圖17累加器在對每個交織卷積碼字進(jìn)行編碼之前，累加器應(yīng)初始化為“全0”狀態(tài)，具體如下：對于第i個碼字，累加器的第j個輸出，由公式(28)給出：6.8.5PPM符號映射器........累加器輸出的碼符號被映射為M階PPM符號，其中M∈{4,8,16,32,64,128,256}是一個管理參GB/T43423—2023中的一個整數(shù)值。輸出SCPPM碼字序列9iq°,9iq1,9iqC-1,每個碼字包含b)對于j∈{0,1, (29)對應(yīng)PPM符號9nq'(0),9nq'(1),…=13,5,…,6.9信道交織器6.9.1信道交織器工作原理由于15120是m=log?(M)的倍數(shù)，因此分組中沒有剩余的碼符號?！?—-2B—第2行—3B—第3行—(N-1)3—輸圖18卷積信道交織器2iq=9Rq(0),9Rq(1),…,9Rq(CS-1)……(30)對于i∈{0,1,…,C-1}和j∈{0,1,…,S-1},9hq(iS+j)=9qi(j)…………(31)6.9.2信道交織器初始化GB/T43423—20236.9.3信道交織器操作6.9.3.1信道交織的位置連接寄存器，同樣從第0行開始，以循環(huán)遞增的順序，被多路復(fù)用至輸出端。在信道交織器的每一步操作中，多路分解器和多路復(fù)用器都應(yīng)連接在同一行中。交織器的第i個輸出可用公式(32)表示： (32)其中，σ[i]以遞歸形式定義為公式(33): (33)o[i]取負(fù)值時(shí)，對應(yīng)交織器寄存器的初始存儲值；σ[i]取大于CS-1的值時(shí)，對應(yīng)寄存器的結(jié)束存儲值。在這些情況下，9Rr(i)可能是任何值。9r(0),9r(1),9r(2),9r(3),9r(4),9r(5),9r(6),9r(7),9r(8),9r(9),9r(10),.6.9.3.2信道交織器操作完成當(dāng)最后一個符號9Nq(CS-1)輸入之后，交織器應(yīng)在9q(CS-1)被輸出之前執(zhí)行另外的BN因此，輸出比輸入多BN(N—1)個符號。信道交織器的輸出可用公式(34)表示：2ir=98r(0),9Rr(1),…,9Rr(SC+BN[N-1]-1)……(34)對于i∈{0,1,…,SC+BN[N—1]-1},第i個交織器輸出定義見6.9.3.1。6.9.3.3信道交織器輸出重新編序形成的交織碼字式(35)表示： ,9irR-1…………(35)對于i∈{0,1,…,R—1},第i個信息塊可用公式(36)和公式(37)表示：9rr'(j)=9r(iS+j)…………(37)9ri被稱為交織碼字(盡管9iri包含來自不同SCPPM碼字的符號),包含S個M階PPM符號。因?yàn)锽N(N—1)是S的倍數(shù)，所以最后一個塊中沒有剩余的PPM符號。6.10碼同步標(biāo)識在每個交織后的SCPPM碼字前面，加入一個由W個PPM符號組成的CSM。在添加CSM之GB/T43423—2023后，第i個交織碼字的第j個PPM符號可用公式(38)表示：…………(38)CSM與交織碼字組合在一起的序列為9is=9is°,9s1,…,SisR-1。取值可用公式(39)表示：該序列進(jìn)行PPM符號重新編序得到9is=9hs(0),9is(1),…,9hs(R[S+W]-1),且9s(iS+j)=(S+W)—1},重復(fù)器輸出的第i個符號可用公式(40)表示：9t(i)=9s(Li/q4J)modM…………(40)6.12時(shí)隙映射器為M的二進(jìn)制向量可用公式(41)和公式(42)表示： ,9u(M—1)……(41)其中，對于j∈{0,1, ,M—1}, (42)6.13插入保護(hù)時(shí)隙在每個由M個時(shí)隙組成的二進(jìn)制向量9u3后面插入M/4個保護(hù)時(shí)隙，如圖19所示。得到時(shí)隙的向量，且可用公式(43)表示：…M4M4個-bf-PPM保護(hù)圖19插入保護(hù)時(shí)隙GB/T43423—20236.14傳送幀有效性確認(rèn)6.14.1傳送幀有效性確認(rèn)步驟在地面接收端，傳送幀有效性的確認(rèn)步驟為：a)實(shí)現(xiàn)時(shí)隙獲取和符號同步；b)通過CSM進(jìn)行碼字同步；c)對符號進(jìn)行解交織；d)對SCPPM碼字進(jìn)行譯碼和去隨機(jī)化；e)通過識別ASM完成SMTF幀同步；f)移除ASM得到傳送幀。6.14.2質(zhì)量指示如果傳送幀是從一個或多個正確譯碼的SCPPM碼字中恢復(fù)的，應(yīng)標(biāo)記為有效；如果傳送幀是從一個或多個錯誤譯碼的碼字中恢復(fù)的，則應(yīng)標(biāo)記為無效。6.14.3傳送幀中的FECFFECF以用來對數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議子層中的附加幀進(jìn)行有效性確認(rèn)。6.15序列指示7上行信標(biāo)和可選伴隨數(shù)據(jù)傳送幀的編碼與同步7.1信號說明第7章主要是針對上行信標(biāo)和可選伴隨低速率數(shù)據(jù)傳送的編碼與同步子層的相關(guān)要求。但通過將信號時(shí)隙分成以更高速率單獨(dú)調(diào)制的窄時(shí)隙，也可兼容高速率數(shù)據(jù)傳送。AOS/USLP傳送幀的操作流程與下行數(shù)據(jù)傳送操作流程一致。與傳統(tǒng)的射頻通信相比，在光通信中航天器通信終端接收機(jī)無須接收未調(diào)制的上行載波或捕獲序列。7.2信標(biāo)信號下行數(shù)據(jù)與上行信標(biāo)在鏈路兩端可同時(shí)連續(xù)進(jìn)行傳輸，上行信標(biāo)可以包含傳送數(shù)據(jù)，也可以不包含傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)信標(biāo)不攜帶數(shù)據(jù)時(shí)，信標(biāo)為一個方波信號。當(dāng)信標(biāo)攜帶數(shù)據(jù)時(shí)，固定長度的AOS/USLP傳送幀將作為編碼和同步子層的輸入，并在輸出端產(chǎn)生指示脈沖時(shí)隙位置的二進(jìn)制向量。圖20給出了可選伴隨AOS/USLP傳送幀數(shù)據(jù)編碼與同步功能實(shí)現(xiàn)流程。GB/T43423—2023傳送幀附加同步標(biāo)識分塊器3csc1.4-1信道交織器(可選)33d1.…sa4-1PN擴(kuò)頻器y3,3-2-PPM時(shí)隙映射器插入保護(hù)時(shí)隙到物理層的二進(jìn)制向號圖20可選伴隨AOS/USLP傳送幀數(shù)據(jù)編碼與同步功能實(shí)現(xiàn)流程圖7.3編碼與同步子層輸入7.3.1AOS/USLP傳送幀編碼與同步子層的輸入應(yīng)為AOS/USLP傳送幀。AOS和USLP傳送幀的幀結(jié)構(gòu)規(guī)定分別見GB/T39345—2020和GB/T42040—2022。7.3.2AOS/USLP傳送幀長度AOS/USLP傳送幀的長度為固定長度，由管理參數(shù)控制。7.4附加同步標(biāo)識按照6.3規(guī)定的方式，在每個AOS/USLP傳送幀前端插入ASM,生成SMTF。7.5分塊器7.5.1分塊長度SMTF分割成長度為k∈{64,256,1024}的信息塊，分塊方法見6.4。k為管理參數(shù)。GB/T43423—2023分塊后的數(shù)據(jù)流形成一個連續(xù)的二進(jìn)制向量序列Sa=Sa?,Sa1,…,SaA-1。每個信息塊長度為 式中，Sa'(j)∈{0,1}是第i個信息塊的第jbit。7.6LDPC編碼器使用(128,64)、(512,256)或(2048,1024)二進(jìn)制LDPC碼對每個信息塊Sai進(jìn)行編碼。對于i∈{0,1, ,A—1},LDPC編碼后的第i個傳送幀可用公式(45)表示：Cb1=sb1(0),Sb1(1), ,Sb1(j),…,Sb1(n—1),n=2k………………(45)式中，Sbi(j)∈{0,1}表示第i個碼字的第jbit。每個碼字Sb3通過與二進(jìn)制偽隨機(jī)序列p(0),p(1),p(2),…進(jìn)行異或運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)化，對于i∈{0,1,…,A-1},j∈{0,1,…,n-1},偽隨機(jī)發(fā)生器輸出的第i個碼字可用公式(46)和公式Ac?=Sc'(0),Ssc(1), ,Sc'(j),…,Sci(n—1)……(46)Sci(j)=Sb3(j)田p(j) (47)式中田表示異或運(yùn)算。偽隨機(jī)序列定義見6.5。信道交織器可用于AOS傳送幀，由管理參數(shù)控制。信道交織器對偽隨機(jī)化碼字進(jìn)行操作，見6.9。信道交織器的參數(shù)S為每個AOS傳送幀偽隨機(jī)化信道交織器的行數(shù)為N.,信道交織器中的移位寄存器步進(jìn)增量為B。。信道交織器輸出表示為Sd0,Sd1,…,Sdi,…,sdA-1。使用(128,64)或(512,256)LDPC碼時(shí)，應(yīng)在每個偽隨機(jī)碼字前添加16bit的CSM,CSM的十六進(jìn)制值為EB90。使用(2048,2014)LDPC碼時(shí)，應(yīng)添加64bit的CSM,CSM的十六進(jìn)制值為034776C7272895B0。表示： ,Se'(j),…,Se1(n+15)……(48)7.10PN擴(kuò)頻器{0,1,…,A-1},第i個PN擴(kuò)頻SMCW表示為3fi,對于j∈{0,1,…,(n+16)q-1},第j個二進(jìn)制符號可根據(jù)公式(49)計(jì)算得出： (49)是表3中的二進(jìn)制PN序列，Lx]是x的整數(shù)部分。表3PN序列10234011080111001001110011011010000111010100011110110111001001000001001110110100111010000101011101011001011100110011001111000010007.112-PPM時(shí)隙映射器對于i∈{0,1,…,A—1},第i個PN擴(kuò)頻SMCW二進(jìn)制符號序列可用公式(50)表示： ,Sfi(j),…,Sfi([n+16]q,—1) (50)按照公式(51)進(jìn)行2-PPM調(diào)制，將每個二進(jìn)制符號Sfi(j)映射成長度為2的向量： (51)3g1=Sgi(0),Sgi(0), ,Sg%(j),Sgi(j),…,Sg。([n+16]qu—1),Sgi([n+16]q,-1) (52)7.12插入保護(hù)時(shí)隙每個2-PPM符號包含2個時(shí)隙，在其后面插入兩個時(shí)隙的保護(hù)時(shí)間。對于i∈{0,1,…,A-1},時(shí)隙序列中第i個SMCW的結(jié)果可用公式(53)表示：Sh3=3g%(0),Sgi(0),0,0,Sg?(1),Sgi(1),0,0, ,Sg%([n+16]q-1),Sgi([n+16]q-1),0,0 (53)GB/T43423—20237.13AOS/USLP傳送幀有效性確認(rèn)和序列指示接收端使用6.14規(guī)定的流程對AOS/USLP傳送幀進(jìn)行有效性確認(rèn)。使用6.15規(guī)定的流程對序列指示進(jìn)行計(jì)算。8管理參數(shù)8.1管理參數(shù)說明同步和信道編碼的相關(guān)參數(shù)一般由管理者控制，而不是由線路上的通信協(xié)議直接處理。這些參數(shù)是一些長時(shí)間保持不變的參數(shù)，改變這些參數(shù)一般表示與特定任務(wù)相關(guān)的協(xié)議實(shí)體的主要配置發(fā)生了改變。通過使用管理系統(tǒng)，管理者可以將需要的信息傳遞給協(xié)議實(shí)體。本章列出了信道編碼和同步系統(tǒng)使用的管理參數(shù)。這些參數(shù)僅為抽象定義，并不代表管理系統(tǒng)的任何特定功能。8.2下行數(shù)據(jù)管理參數(shù)表4規(guī)定了深空光通信下行數(shù)據(jù)的管理參數(shù)。表4深空光通信下行數(shù)據(jù)管理參數(shù)管理參數(shù)允許值TM/AOS/USLP傳送幀長度(8位字節(jié))整數(shù)(最大值為65536)4、8、16、32、64、128、256編碼碼率r信道交織器的行數(shù)NBN是S的倍數(shù)，S是N