大气激光通信中喷泉码及其级联码技术研究

摘要

大气激光通信是一种以大气为传输媒介，利用激光作为信号载体来实现点对点、点对多点和多点对多点间语音、数据、图像信息双向传输的通信技术，它在解决目前宽带网络通信中“最后一公里”问题和应急通信等方面有着良好的应用前景。　　在大气激光通信链路中，由于受到各种恶劣天气的影响，导致接收到的光信号能量产生衰减。此外，大气湍流还会引起光信号强度和相位的随机起伏，导致大气激光通信系统误码率性能下降。因此，研究高纠错性能的信道编码技术已成为大气激光通信的重要课题之一。论文主要从以下几个方面进行研究：　　1、由于喷泉码是一类具有无码率特性的编码方式，LT码作为喷泉码中的一种，可适应不断变化的大气信道。对于LT码的编码过程，本文在鲁棒孤子分布(RSD)的基础上，联合泊松分布得到泊松鲁棒孤子分布(PRSD)。仿真结果表明，采用PRSD的LT码平均译码开销低于采用RSD的LT码(大约10.53%~12.94%)，在平均度值方面，PRSD较RSD而言，具有更低的度值，两者的平均度值相差约5。对于LT码的译码过程，本文在置信传播(BP)译码算法的基础上进行改进，得到增强型BP(ABP)译码算法，并分析该译码算法的性能。仿真结果表明，采用ABP译码算法的LT码译码成功率大于采用BP译码算法的LT-PC码。　　2、针对LT码自身存在的误码扩散，将LT码与奇偶校验码(PC)进行级联得到LT-PC码，该级联码中的PC码可定位并删除LT编码生成的错误编码包，由于LT码的无码率特性，删除错误编码包对LT译码过程无影响，从而降低误码扩散发生的概率。同时分析了LT-PC码的检错失败概率，并推导了LT-PC码译码成功率的表达式。仿真结果表明，译码开销较低时LT码的译码成功率低于LT-PC码。　　3、推导基于OOK调制的大气激光通信系统的平均误码率、信道容量和中断概率的数学表达式，之后分析采用PRSD的LT码、采用ABP译码算法的LT码以及LT-PC码对于大气激光通信系统误码性能的影响。仿真结果表明，在弱湍流环境下，不同码之间的编码增益相差不大；在强湍流环境下，相比于其它的码，LT-PC码能够更有效地改善大气激光通信系统误码性能，其编码增益大约为2dB。

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