论文部分内容阅读
自由空间光通信(FSOC)是一种在自由大气中以激光为载体进行信号传送的新型通信技术。与传统的无线通信和光纤通信相比,它所具有的无需频谱许可、传输速率高、安全性强等优点吸引了广大学者对其进行研究。然而当信号光束在大气信道中传输时,其信号强度会由于受到湍流、散射、吸收等因素的影响而减弱,其中对传输光束影响最大的是大气湍流。大气湍流的存在会使光束在传输过程中受到干扰,严重影响通信质量。因此需要采取有效的差错控制技术来保障自由空间光通信系统的稳定性和可靠性。无速率Spinal码是由Perry等人提出的一种在二进制对称信道和加性高斯白噪声信道中均能实现近信道容量传输的新型差错控制编码。Spinal码的编译码结构简单,并且译码复杂度低。Spinal码编码过程中对伪随机哈希(Hash)函数的连续使用使其在低信噪比条件下也具有较强的抗干扰性能。并且Spinal码能够生成无限数量的编码符号,与Raptor码等其他限制了最大编码符号数量的无速率码相比,具有真正的无速率特性。上述特性使得Spinal码在自由空间光通信中具有极好的应用前景。本文首先介绍了大气信道中会对传输光束产生影响的各种因素,重点对大气湍流进行分析,并给出了湍流信道下几种常见的光强分布模型。其次对Spinal码的编译码策略进行简要介绍,针对Spinal码在湍流信道下遇到突发差错导致系统性能下降的问题,提出将交织技术引入Spinal码的编译码过程。在发射端对由编码器产生的多条编码通道送入交织器中进行交织,然后将交织后的信息序列发送给接收端,由接收端译码器对接收到的信息进行解交织和后续的译码操作。并根据Spinal码在译码过程中对译码开销的计算具有可并行性的特点,把此过程置于GPU上进行并行化计算来降低时间复杂度。最后对基于交织技术的Spinal码突发纠错策略进行了实验仿真和结果分析。经实验验证,与原Spinal码相比,基于交织技术的Spinal码在加性白高斯信道与弱湍流信道下的性能均高于前者,在弱湍流信道下经过交织的Spinal码的突发纠错能力得到了提升。经过交织的Spinal码译码成功时所用的通道数少于原Spinal码,其平均码率也比后者高大约0.4比特每符号至3.8比特每符号。此外,经过交织的Spinal码在大气湍流信道下的性能波动比原Spinal码小了一半以上。