无线光通信中LDPC码差错控制的研究与实现

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无线光通信是一种以激光作为信息载体在自由空间中传输的通信方式,具有频带宽、抗干扰、安全性强、实施成本低、协议透明等优势,而复杂的大气环境严重影响无线光通信的质量。为提高无线光通信的通信质量,降低大气散射、吸收、湍流、光束扩展、视轴失配等因素对光束产生的衰减、闪烁、角度偏离等影响,本文通过现代通信理论的纠错编码技术,探讨纠错编码改善大气光通信质量的可行性,研究了采用编码技术进行差错控制的方法,得到不同信噪比时编码纠错对无线光通信误码率的改善情况。基于编码理论和仿真结果,进一步提出硬件实现方案,完成高性能编码器和译码器的硬件实现。  建模与仿真是通信领域中最常用的研究方法,本文针对无线光通信中的大气信道,综合考虑散射、吸收、湍流、光束扩展、视轴失配、暗电流、热噪声等多种因素,建立了服从分布规律的信道模型。采用具有较低编译码复杂度和较高纠错性能的低密度奇偶校验码(LDPC,low density parity check codes)进行差错控制。硬件实现研究过程中,采用具有并行处理能力的FPGA研究了高速编码器的实现方案,采用含有硬件乘法器且浮点运算方便的DSP完成概率译码的译码器实现。  本文围绕无线光通信的中的编码差错控制方法,进行了以下的研究工作,取得相应成果:  (1)研究无线光通信中的弱湍流情况下的大气信道,结合多个影响因子的数学统计特征,建立了较为完善的大气信道模型,该模型通过系统验证,符合统计规律;  (2)搭建了无线光通信传输系统,研究LDPC码的差错控制性能,并与高斯信道中LDPC码的差错控制比较,结果表明经过LDPC码编码控制可大幅度降低误码率,对于高斯信道,在10-6的误码率范围内,信噪比可降低6~7dB;在无线光通信中,在相同条件下,采用LDPC码可使误码率降低4到5个数量级;  (3)采用了基于完全剩余系的代数方法构造H矩阵,使用线性复杂度的近似下三角编码方法,充分利用FPGA的并行处理,采用Altera的EP304F484C6N完成编码器的实现,单帧吞吐率为25Mb/s,占用资源量小于5%;  (4)采用置信传播译码算法,使用TI的TMS320C6713DSP完成概率译码器的实现,对104信息比特译码结果与理论计算完全吻合。
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