空间光通信系统中LDPC码编码方案及性能研究

论文摘要

空间光通信技术具有保密性好、信息容量大、传输速率高、组网灵活、成本低等诸多优点,在诸多领域都越来越受到研究人员以及商家的重视。但另一方面,激光在大气中传输时,其性能受到大气效应、背景噪声等一系列干扰因素的影响,导致误码性能降低,这限制了空间光通信技术的应用。因此,研究抗误码性能好、实现简单的编码方案,对空间光通信技术的应用有着重要的现实意义。在纠错编码领域,低密度奇偶校验码（LDPC）性能逼近香农极限,且有结构灵活、描述简单、译码复杂度低、并行译码等诸多优点,适合应用于容量大,速率高的空间光通信系统。论文首先介绍了LDPC码的基本原理、校验矩阵的构造以及编码方式,从校验矩阵自身结构着手,对影响LDPC码性能的最小距离、码元取值、码长、度分布以及环等因素进行了简单分析与仿真。对LDPC码的译码算法进行了研究,研究了空间信道中的影响因素,并建立空间光信道模型,对空间光通信中的OOK、PPM、DPIM等调制技术进行了研究与性能仿真分析,结果表明DPIM综合性能较好,适合应用于空间光通信系统中。提出了一种基于π-旋转LDPC码的空间光通信系统的编码方案,并采用matlab对码性能进行仿真分析。对提出的π-旋转LDPC码结合OOK、DPIM调制技术进行了综合仿真,结果表明,采用π-旋转LDPC码编码方案结合DPIM调制技术,空间光通信系统的误码率得到了有效的降低,系统性能得到较好的提升。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 空间光通信系统概述
• 1.2 空间光通信中的信道编码与调制技术
• 1.3 论文的研究意义
• 1.4 论文的研究内容及结构
• 第二章 LDPC 码基本原理
• 2.1 LDPC 码理论基础
• 2.2 LDPC 码校验矩阵的构造
• 2.2.1 Gallager 构造法
• 2.2.2 Mackay 构造法
• 2.3 LDPC 码的编码
• 2.3.1 基于高斯消去的编码
• 2.3.2 Efficient 编码
• 2.4 LDPC 码性能影响因素
• 2.5 本章小结
• 第三章 LDPC 译码算法
• 3.1 LDPC 硬判决译码算法
• 3.1.1 比特翻转（BF）算法
• 3.1.2 加权比特翻转（WBF）算法
• 3.2 LDPC 软判决译码算法
• 3.2.1 概率域上的BP 算法
• 3.2.2 和积译码算法
• 3.2.3 最小和（Min Sum）算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 空间光通信中信道模型与调制技术
• 4.1 空间光通信中的信道模型
• 4.1.1 大气衰减效应
• 4.1.2 光强闪烁
• 4.1.3 背景辐射
• 4.1.4 信道模型
• 4.2 空间光通信中的调制技术及性能分析
• 4.2.1 空间光通信中的调制技术
• 4.2.2 频带利用率
• 4.2.3 发射功率
• 4.2.4 信道容量
• 4.2.5 误包率
• 4.2.6 几种调制方式的综合性能分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 空间光通信中π-旋转LDPC 码设计及性能研究
• 5.1 π-旋转LDPC 码原理及校验矩阵构造
• 5.1.1 π-旋转LDPC 码基本原理
• A子矩阵的形成算法'>5.1.2 π_A子矩阵的形成算法
• 5.2 改进的π-旋转LDPC 码系统编码
• 5.3 π-旋转LDPC 码BP 译码算法
• 5.3.1 空间光通信OOK 信道模型
• 5.3.2 BP 译码算法
• 5.4 π-旋转LDPC 码编码方案的性能仿真
• 5.4.1 不同码长性能仿真
• 5.4.2 不同码率性能仿真
• 5.4.3 不同迭代次数性能仿真
• 5.4.4 不同译码算法性能仿真
• 5.5 π-旋转LDPC 码在空间光通信系统中的性能仿真
• 5.6 本章小结
• 第六章 论文总结及展望
• 6.1 本文研究成果
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士研究生期间发表的论文