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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

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第一章 绪论

1.1大气激光通信的研究进展

1.2大气激光通信的优势及前景

1.3大气激光通信存在的问题

1.4大气激光通信系统的信道编码及研究现状

1.5 LDPC码的优势

第二章 差错控制编码

2.1数字通信系统模型

2.2纠错码的分类

2.3信道编码定理

2.4线性分组码的基本原理

第三章 LDPC码的结构及编码

3.1 LDPC码的定义及表示方法

3.1.1 LDPC码的校验矩阵表示法

3.1.2 LDPC码的Tanner图表示法

3.1.3 LDPC码的子码表示法

3.1.4 LDPC码的生成矩阵表示法

3.2 LDPC码的主要编码方式

3.2.1 Gallager的构造方法

3.2.2 MacKay的构造方法

3.2.3高斯消元法

3.2.4基于近似下三角矩阵的有效编码

3.2.5下三角化分析

3.2.6近似下三角形编码性能分析

3.3小结

第四章 LDPC码的译码算法及性能分析

4.1 BP译码算法

4.2协同优化算法

4.2.1 协同优化算法的定义

4.2.2协同优化算法的原理

4.3协同优化算法在LDPC码解码中的应用

4.3.1 LDPC码的最大似然译码

4.3.2子问题的分割

4.3.3协同优化译码算法

4.3.4实验仿真

4.4小结

第五章 大气信道模型及仿真

5.1大气激光通信系统

5.2大气湍流

5.2.1大气湍流的基本特性及参数定义

5.2.2大气闪烁的概率分布

5.3.1 Gamma-Gamma大气信道数学模型

5.3.2基于OOK强度调制系统差错性能的理论分析

5.4系统性能仿真及分析

5.5小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果

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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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