LDPC码在空间光通信中乘性噪声信道下译码技术研究

摘要

空间光通信系统相比微波通信系统更能实现高速率空间信息传输，受到各国的广泛关注，极具发展前景。但大气随机信道和大气湍流效应会严重影响光传输系统的性能，采用基于软判决算法的低密度奇偶校验码(LDPC)码技术能有效的减少这一影响。但将LDPC应用在空间光通信乘性噪声信道下，不能照搬目前已有的译码算法，需要根据其具体的信道模型，修正相应的译码算法。同时在乘性噪声信道下，分析信噪比(SNR)失配对LDPC码译码性能的影响，及其相应的信道估计方法也有必要深入的进行研究。
　　 雪崩光电二极管(APD)接收机信道下，精确的模型为韦伯-高斯(Webb-Gaussian)模型，近似模型为非对称高斯模型，目前LDPC在APD接收机信道下的研究都是基于近似的非对称高斯模型，LDPC在精确的Webb-Gaussian模型下译码性能目前尚未见于报道。本文给出了一种在Webb-Gaussian模型下译码方法，与非对称高斯模型下译码方法相比，基本上不增加额外的复杂度。仿真结果表明:LDPC在精确模型下译码性能要优于在近似的高斯模型下译码性能;在信道比较理想的条件下，误码率(BER)为10-6时，精确模型下译码性能相比近似模型下译码性能，能有1dB以上的净编码增益，这对提高光传输系统的抗干扰性能和降低激光器的光功率具有重要的意义。
　　 接着文章还研究掺铒光纤放大器(EDFA)接收机信道和APD接收信道的非对称特性，通过仿真表明乘性噪声信道的非对称性可用发送“1”、“0”码的标准差之比来衡量，且比值越大，说明信道的非对称性越强。并在此基础上，比较了LDPC在非对称高斯模型下译码性能和在AWGN模型下性能的差异。仿真结果表明，LDPC在非对称高斯模型下译码，修正后的译码性能要优于在AWGN模型下的性能。
　　 最后文章还研究了乘性噪声信道下，信噪比失配对LDPC译码性能的影响，通过仿真表明，信道估计的必要性，目前还未见相应的信道估计方法。文章提出两种信道估计方法，基于判决反馈的信道估计方法和基于曲线拟合的估计方法，并对这两种方法分别进行了仿真。仿真结果表明，这两种方法都能在接收信号的均值和噪声方差等参数未知情况下，较好的完成LDPC码迭代译码的辅助工作;且估计后LDPC码的译码性能距离理想情况下的译码性能，仅有0.1dB以内损失，这对减少空间光通信系统性能的恶化程度具有重要的意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 空间光通信优点及其发展现状

1．2 空间激光通信基本原理及关键技术介绍

1．3 FEC技术及其在乘性噪声信道下研究现状

1．3．1 空间光通信中的FEC技术

1．3．2 FEC技术在乘性噪声下的研究现状

1．4 论文的背景和内容安排

第二章 LDPC码简介

2．1 LDPC码的基本概念

2．2 LDPC构造方法

2．2．1 LDPC码的随机构造

2．2．2 LDPC码的结构构造

2．3 不规则准循环(Quasi-Cyclic)LDPC码构造

2．4 LDPC码译码方法

2．4．1 LDPC硬判决比特(BF)翻转译码

2．4．2 LDPC码置信传播(BP)译码

2．4．3 LDPC码最小和(Mm-Sum，MS)译码算法

2．3 本章小结

第三章 空间光通信中的乘性噪声信道模型详细介绍

3．1 光接收机概述

3．2 EDFA接收机下信道模型

3．2．1 精确的卡方模型

3．2．2 近似的非对称高斯(Asymmetric Gaussian)模型

3．2．3 AWGN模型

3．3 APD接收机信道模型

3．3．1 精确的Webb-Gaussian模型

3．3．2 近似的非对称高斯模型

3．3．3 数值仿真分析

3．4 本章小结

第四章 LDPC码在乘性噪声信道模型下的译码方法

4．1 概述

4．2 LDPC码Monte Carlo仿真的系统模型

4．3 修正的译码算法

4．3．1 LDPC码在卡方模型下的译码方法

4．3．2 LDPC码在Webb-Gaussian模型下的译码方法

4．3．3 LDPC码在高斯模型下的译码方法

4．4 性能分析

4．4．1 LDPC码在APD接收机信道下性能

4．4．2 LDPC码在高斯信道下性能

4．5 本章小结

第五章 乘性噪声信道下的信道估计方法

5．1 SNR估计方法及研究现状

5．2 信噪比失配对LDPC译码性能的影响

5．3 基于判决反馈的信道估计方法

5．3．1 信道估计算法详解

5．3．2 算法仿真及性能分析

5．4 基于曲线拟合的信道估计方法及性能分析

5．5 本章小节

第六章 总结与展望

5．1 论文工作总结

5．2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间从事的科研工作