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弱湍流情况下LDPC码在大气激光通信系统中的应用研究

陈柯  
【摘要】: 大气激光通信利用在大气传输的激光束作为信息载体,实现通信。它结合了光纤通信与无线电通信各自的优点,信息容量大,发射光束窄,方向性好,天线尺寸小,抗电磁干扰能力强,不占用频率资源,建网和维护价格低廉,线路建立快,无线路租用费用,因此它具有良好的前景。目前各主要大国都在加紧研究,以期占领这一技术的至高点。 在目前强度调制式的大气激光通信系统中,由于存在大气湍流和衰减致使光信号产生随机衰落。从理论上来讲,可通过提高发射功率来克服衰落,但在实际中大功率、高速率的激光器制造很困难,而且也不经济。所以信道编码技术应用于大气激光通信的研究已得到重视,尤其研究、开发高抗干扰性能、高速率的编码和调制技术成为大气激光通信面临的重要课题。 本文采用低密度校验(Low-Density Parity-Check Codes,LDPC)码用以改善大气激光通信链路性能。LDPC码属于线性分组码,其一般编码方式是建立在线性分组码编码原理的基础上。但一般编码方式存在编码复杂度高、编码时延大的问题(特别在长码条件下)。本文对新型、快速的近似下三角形LDPC码编码方式进行了理论研究和仿真分析,研究结果表明:该种编码方式可以大大地降低编码复杂度和时延,在高斯信道下的仿真表明:近似下三角形编码方式和一般编码方式在纠错性能相差无几。 目前LDPC码的译码方式中经典软判决算法有置信传播算法(Belief Propagation,BP)等,该算法采用信息传递进行迭代译码。仿真结果表明,LDPC码在采用BP算法译码时具有很好的性能,但是缺乏严格的理论基础。针对这一问题,本文提出将协同优化算法应用到LDPC码译码中。仿真结果表明,该算法应用于LDPC码的迭代译码相对于经典置信传播算法(BP)能够获得有效的软判决译码增益;同时译码复杂度低,而且不会出现差错平底特性。 本文研究了弱湍流信道条件下,基于上述的编/译码方式,采用OOK调制时,不同码长不同码率的LDPC码的性能。仿真结果表明,LDPC码具有良好的纠突发错误的能力,可以大大提高大气激光通信系统的可靠性,并为其实用化提供可靠的保证。


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