多码并行级联的研究及其极低误码率FEC系统的设计

摘要

国际电信联盟组织（ITU-T）的G.707、G.709、G.975和G.975.1标准中推荐的前向纠错（FEC）方案，在误码率为10(-15)时的净编码增益仅约6~9dB，随着超远距离和超大容量100Gbps光纤传输系统的发展，这些FEC方案已经不再适用，需要设计更高增益的FEC方案。
　　本文首先提出了多码并行级联的设计原理，采用多个并行外码和多个并行内码级联的编译码方式，然后详细分析了在多码并行级联FEC系统中内外码码型和交织器方式的选取问题，确定内码为二元EG-LDPC码，外码为八元汉明码或二元BCH码，交织器方式为行列交织。接着对多码并行级联FEC系统性能仿真模型进行了构建和实现，重点分析了蒙特卡洛仿真随机数的产生方法和超大数据量性能仿真的实现过程，同时制定了具体的仿真计划，设计了内码和多码并行级联FEC系统性能仿真流程。
　　为了得到极低误码率的多码并行级联FEC系统，本文依次设计和性能仿真了三种不同码型和结构的多码并行级联FEC方案。
　　方案一为76个并行（73,70）八元汉明码和4个并行（5100,4337）二元EG-LDPC码级联，总码率为0.7823，在信噪比Eb/N0=4.2dB时，浮点仿真误码率BER=4.6563×10(-9)。
　　方案二为96个并行（73,70）八元汉明码和3个并行（8176,7156）二元EG-LDPC码级联，总码率为0.8219，在Eb/N0=4.2dB时，浮点仿真BER=1.7587×10(-9)。
　　方案三为32个并行（3860,3824）二元BCH码和11个并行（13299,11285）二元EG-LDPC码级联，总码率为0.83648，在Eb/N0=3.84dB时，4比特定点仿真BER=4.2424×10(-12)。
　　方案一和方案二的总码率小于0.8333，且在误码率为10(-12)时的净编码增益小于9.6dB，不满足技术指标要求，而方案三的总码率大于0.8333，在误码率为1210时的净编码增益为10.1dB，同时理论分析了在误码率为10(-15)时，不会出现误码平层现象，该方案还满足100Gbps光纤传输OTU4帧格式和硬件实现的要求，因而，它可以作为100Gbps光纤通信的高性能FEC解决方案。

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缩略语说明表

第一章 绪论

1.1光通信系统中的纠错码

1.2 100Gbps光纤通信

1.3课题背景及意义

1.4本文研究内容和章节安排

第二章 基础理论

2.1香农限

2.2常见纠错码介绍

2.3级联码

2.4蒙特卡洛方法

2.5本章小节

第三章 多码并行级联的设计原理

3.1多码并行级联的提出

3.2多码并行级联的结构设计

3.3多码并行级联FEC系统

3.4本章小节

第四章 多码并行级联FEC系统性能仿真模型的构建和实现

4.1多码并行级联FEC系统性能仿真模型的构建

4.2蒙特卡洛方法在多码并行级联FEC系统中的应用

4.3超大数据量性能仿真的实现

4.4本章小节

第五章 极低误码率的多码并行级联FEC系统的设计和性能仿真

5.1外码（73,70）汉明码级联内码（5100,4337）LDPC码

5.2外码（73,70）汉明码级联（8176,7156）LDPC码

5.3外码（3860,3824）BCH码级联内码（13299,11285）LDPC码

5.4本章小节

第六章 全文总结与展望

6.1本文主要工作

6.2下一步研究工作

致谢

参考文献

硕士研究生期间的研究成果

个人简历