无线光通信信道编码与调制的研究

摘要

自由空间光通信(Free Space Optical, FSO)指利用激光束作为载体在大气中进行图像、数据、语音信息双向传输的一种技术，它具有很多优点，例如保密性好、信息容量大、传输速率高、组网灵活、成本低等。空间光通信在民用、国防等相应领域具有非常广阔的应用前景，已成为无线通信、大容量、保密研究的热点。由于激光在空间中传输时会受到背景光、大气减效应以及大气湍效应等多种因素的影响，从而导致大气信道存在衰落、多径干扰等现象，这些因素的影响导致了空间无通信链路总是存在不同程度质量的下降。因此，研究、开发具有高速率、高抗干扰性能的信道编码技术成为光通信的重要课题之一。
　　本文首先回顾了空间光通信技术的发展状况，介绍了其优势，且对其关键技术进行了分析比较。其次对大气随机信道进行了建模，为后续章节信道参数的设定提供了参考。
　　然后，本文在LDPC码理论基础上，介绍了一种非规则LDPC码的构造方法。分析比较了OOK、PPM、DPIM这三种调制方式的性能，仿真结果表明PPM调制更适合应用到无线光通信中，所以本文选择将 PPM调制作为无线光通信系统的调制方式。基于MATLAB仿真软件，对不同参数下的纠错性能进行了仿真验证，为下文译码算法提供合适参数。将这种非规则LDPC码应用到一种PPM解调与LDPC码联合迭代译码的算法中，通过仿真验证了非规则LDPC码应用到PPM解调与LDPC码联合迭代译码的算法中对无线光通信系统的性能有显著提高。
　　最后，在QuartusΙΙ仿真平台上，选用Altera公司Stratix系列型号为EP2S15F672I4芯片，利用Verilog硬件语言进行编程，仿真实现了这种非规则LDPC码的编码器和译码器，并通过MATLAB和Quartus II软件的联合，对硬件仿真的结果进行了测试。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 大气无线光通信的系统概述

1.2 课题研究背景

1.3 大气无线光通信中编码与调制技术的分析

1.4 论文研究内容的安排

第2章 无线光通信的信道模型

2.1 背景光和接收机噪声的概率分布

2.2 大气闪烁的概率分布

2.3 本章小结

第3章 LDPC码的基本理论

3.1 LDPC码的定义和结构

3.2 规则LDPC码的随机构造

3.3 LDPC码的译码算法

3.4 一种非规则LDPC码的设计

3.5 本章小结

第4章LDPC码的仿真与分析

4.1 LDPC码的各个参数对通信系统性能的影响

4.2 无线光通信调制简介

4.3 常见调制方式和性能比较

4.4 解调方式

4.5 LDPC码和PPM调制的联合迭代译码

4.6 本章小结

第5章 非规则LDPC码编码和译码的FPGA实现

5.1 非规则LDPC码编码的硬件实现

5.2 非规则LDPC码译码算法的FPGA实现

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文和取得的科研成果

致谢