低轨卫星通信LDPC码编译码算法研究

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低轨卫星通信系统作为目前最有前途的卫星移动通信系统,具有延时小,路径损耗低,覆盖范围广等优点,是未来全球个人通信的重要发展方向。低轨卫星信道属于开放性信道,在噪声和干扰的影响下,信号会产生畸变并最终导致误码率性能恶化。在卫星通信中,一般会采用信道编码进行纠错,以改善误码率性能。低密度奇偶校验码(LDPC)码作为一种新兴的信道编码,在保持高编码效率的同时,还能够提供高额的编码增益,非常适合低轨卫星通信。低轨卫星通信与地面通信不同,低轨卫星过顶时间短,有效通信时间有限,对编码速度有一定要求。低轨卫星一般是小卫星,星上硬件资源十分有限,也要求编码和译码的复杂度不宜过高。然而,LDPC码编译码算法大都有着较高的复杂度,这限制了LDPC码在低轨卫星中的应用。本课题在现有 LDPC 码的基础之上,提出低复杂度的编译码算法,使LDPC码更适合低轨卫星通信。  针对低轨卫星通信时间短、星上硬件资源有限的特点,提出了低运算复杂度的LDPC编译码算法。(8176,7154)LDPC码的生成矩阵校验位部分密度很高,编码过程中需要进行大量加法运算。本课题通过对校验矩阵的子循环矩阵调整,使生成矩阵的校验位部分稀疏化,将编码过程中的运算量降低。仿真结果显示,新编码的误码率性能损失不大。传统的译码算法在译码失败时,需要运行到最大迭代次数才能够退出。本课题提出提前停止迭代的算法,在迭代过程中判断译码是否成功,并在失败时提前退出。本课题在对数域译码算法上采用了一种改良算法,将校验节点更新过程中的乘法运算,一比一地转化为加法和量化运算,减小了译码算法硬件实现的复杂度。  低轨卫星通信环境复杂,除噪声外还存在莱斯衰落与多普勒频移的干扰。本课题在低轨卫星通信仿真系统中模拟这些干扰因素,测试其对 LDPC 码的编译码算法的性能影响。经过大量仿真测试,证明本课题中的提出的算法能够在低轨卫星通信环境下工作,并得出了算法在莱斯衰落和多普勒频移影响下的性能极限,对于LDPC码在低轨卫星中的应用有着实际意义。
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