LDPC编码的MIMO大气激光通信系统研究

通过将信道编码LDPC与分集技术相结合,分析了级联空时码在对抗大气湍流效应的作用。首先建立了Gamma-Gamma大气湍流信道模型,并且设计了LDPC编码的MIMO自由空间光通信系统,仿真了弱湍流和强湍流两种情况下,未编码和已编码的MIMO系统的性能。结果表明,在弱湍流和强湍流情况下,LDPC编码的MIMO系统较未编码的MIMO系统的误码率得到了很好的改善,性能得到了极大的提升。     

一种适用于大气弱湍流信道的极化纠错编码调制方案

针对服从对数正态分布的大气弱湍流信道模型,基于高斯近似的方法计算分析信道的极化现象,提出了一种适用于大气弱湍流信道的极化编码调制方案,并对其性能进行了仿真分析.不同湍流强度下采用串行抵消译码算法时的仿真结果表明,相比于递归构造方案,文中所提方案在达到1e-5误码率时可获得大约1.0dB到1.4dB的编码增益提升.对极化码分别采用开关键控（OOK）调制与脉冲位置调制（PPM）时的仿真结果表明,采用2-PPM的极化编码调制方案可有效提升无线光通信链路在弱湍流条件下的译码纠错性能.     

适用于大气弱湍流信道的自适应码率极化码

为了提高光通信链路在大气弱湍流信道下的解码性能和传输效率,基于极化码的信息位嵌套特性,设计了一种自适应码率极化码。该码字在弱湍流信道中能充分地极化,纠错效果较好。为了调节码率,引入CRC校验码作为发送端的停止标志,逐次发送更低码率的码字直到译码结果通过校验,此时的码字码率即是保证可靠传输的最大码率。不同湍流强度下的仿真结果表明,在误帧率为10-8时,相比传统极化码,自适应码率极化码可以获得1.7~2.3 dB的性能增益。对自适应码率极化码的时延进行了仿真分析,并结合误帧率得到了自适应码率极化码的信息吞吐率,结果表明,在弱湍流信道中,自适应码率极化码的信息吞吐率能满足FSO的传输需求。     

基于双模turbo码的自由空间光通信系统特性分析

在自由空间光通信(FSO)系统中,大气信道的信噪比(SNR)特性对系统的通信性能影响很大,提出了双模turbo码的编码方案.从研究大气对自由空间光通信系统的影响出发,在分析了大气信道特性后建立了大气信道信噪比和能见度的关系,详细阐述了双模turbo码的编码、译码原理.应用建立的大气信道的信噪比关系,仿真分析了大气信道的信噪比和大气能见度的关系和两种编码条件下自由空间光通信系统的误码率(BER).结果表明,对于一个实用的无线光通信系统,在要求系统的误码率低于10-5时,基于双模turbo码的系统所要求的信道信噪比比基于普通turbo码的系统的要求低1 dB.因此在相同的信噪比条件下,相对于普通turbo码,双模turbo码能有效降低系统的误码率.     

基于SC分集的混合FSO/RF航空通信系统性能分析

研究了基于选择合并(SC)分集的混合激光/射频(FSO/RF)航空通信系统性能,该系统设计简单且在发射端无需信道状态信息(CSI)。激光链路服从平均孔径效应下的Exponentiated Weibull大气湍流分布模型,射频采用Nakagami-m衰落信道模型,推导求出混合FSO/RF航空通信系统接收端信噪比的累积分布函数,进一步利用Meijer′s G函数推导了混合FSO/RF通信系统中断概率以及平均误码率的闭合表达式,通过仿真对比分析了不同湍流强度、调制方式及分集通信方案对系统中断、误码性能的影响。仿真结果表明,混合FSO/RF航空通信系统有效地利用了FSO及RF链路在不同大气信道条件下的互补性质,具有更优的中断和误码性能;采用BPSK调制能有效降低大气湍流对混合FSO/RF航空通信系统的影响;信噪比高时,并行传输、分集接收的通信方案对系统误码性能的改善要优于低阶调制对误码性能的改善。     

基于LDPC编码的双工逆向调制自由空间光通信系统

在逆向调制(modulating retro-reflector,MR R)自由空间光通信(free-space optical,FSO)系统中, 激光信号在传输过程中受到双程大气湍流的严重影响,导致系统误码率性能恶化。本文提出 采用低密度奇 偶校验编码(low density parity check,LDPC)方法来降低MRR FSO通信系统的误码率, 并且尝试使用微角 锥棱镜阵列(microcorner cube retroreflector arrays,MCCRA)来改善MRR FSO信道的传 输稳定性。本项研究 中搭建了MRR FSO通信实验平台,进行了基于LDPC编码的频分双工MRR FSO通信实验。实验结 果表明 使用LDPC编码的MRR FSO系统增益约为3dB,使用微角锥棱镜阵列作为MRR FSO反射器件能够 通过补 偿大气湍流引起的相位畸变来提升系统性能。结果还证明了LDPC编码相较于MCCRA,更能够 提升MRR FSO系统的误码率性能。由此可见,将LDPC编码方式与微角锥棱镜阵列结合运用于MRR FSO系 统能获得更加优化的系统性能。     

自由空间光通信中LT码的编码技术研究

为了克服大气湍流对自由空间光通信(FSO)链路的影响,将LT码应用到FSO系统中,并结合基于部分信息LT码的修正转移鲁棒孤子分布(ISRSD),模拟了不同大气湍流强度信道,采用不同的编码方案进行模拟比较,结果表明:与RS码相比,误码率为10-4时,LT码获得大约2 dB的编码增益;相比于RSD,ISRSD能使译码开销降低1％～2％,且LT码采用ISRSD后,误码率为10-7时,系统获得0.2～0.5 dB的编码增益.     

弱湍流下基于PPM调制和RS码的ALC系统差错性能分析

引入了RS码作为大气光通信的信道编码,讨论了在高斯信道和弱湍流信道下,基于PPM调制和RS编码大气光通信系统的性能,仿真比较了未编码与编码系统的差错性能,仿真结果表明,在相同的差错性能条件下,编码增益提高2～3 dB,在高斯信道中的差错性能优于弱湍流信道.     

基于极化码的无线光通信副载波误码性能分析

提出了一种基于极化码的无线光信道副载波调制方法,给出了极化编译码的具体算法过程,并将其应用于无线光通信系统。在不同大气湍流强度下,对系统的差错性能进行了仿真分析,其重对基于极化码的二相相移键控和四相相移键控两种调制方法的误码率进行了对比,结果表明,采用极化码的副载波二相相移键控调制系统的性能优于四相相移键控系统。最后,实验比较分析了极化编码前后副载波调制系统的误比特率,结果表明,在无线光通信大气湍流信道模型下,采用副载波极化码编码调制技术可使误码率性能改善一个量级。     

大气激光通信中的LDPC-BICM技术研究

针对大气激光通信系统的信道特性不稳定问题,为了加强纠错能力和码间抗干扰能力,提出将LDPC码和BICM相结合的编码调制技术应用于大气激光通信。针对大气信道特征建立了不同湍流条件下的信道模型,选取了合适的映射方式,并且在强湍流和弱湍流大气信道下,分别对不同的编码和调制方案进行了仿真分析。仿真结果表明,选取Gray映射的LDPC-BICM技术能够有效地改进系统性能。     

自由空间光通信中的CRC-LT编码性能研究

LT码是一种无码率的线性分组码,具有很强的信道适应性和低复杂度。文中提出一种CRC码与LT码级联的编码方案（CRC-LT码）,CRC-LT码通过调整译码开销来保证FSO系统的可通率和使LT码在FSO系统中获得的编码增益。通过建立分析模型,推导出在给定信道条件下的数据恢复率。最后,利用Gamma-Gamma信道模型进行CRC-LT码的编译码过程仿真,并给出数据恢复率与信道条件、信噪比和译码开销的关系,以及FSO系统的误码率。仿真结果表明,CRC-LT码在牺牲一定译码开销后能够获得更高的编码增益,有效保证FSO系统的可通率。     

无线光通信中的空时编码研究进展(四)

级联编码是一种提高系统纠错能力以逼近香农限的高效编码方式。当信道编码与空时编码结合使用时性能会大大提升,因此级联空时码研究成为空时编码研究的重要方向之一。笔者介绍了RS 码、LDPC 码与空时码的级联方案,以及在不同大气湍流条件下的误码率特性,并对其进行了仿真分析。结果表明:级联空时码可以极大地改善大气激光通信系统的性能,抑制大气湍流效应,有利于获得编码增益,进一步改善系统的误码性能。     

自由空间光通信中的MIMO极化编码方法

针对自由空间光通信链路性能易受大气湍流影响的问题,构造了一种适用于自由空间光通信的多输人多输出(MIMO)极化编码方法.基于通用偏序法、极化编码、调制及MIMO技术联合优化快速构造极化码,并在大气湍流信道下进行仿真分析.实验结果表明,在不同构造方法及编码方案下,MIMO极化编码方法能在保持低复杂度的同时使系统获得更好的性能.在强湍流条件且误码率为10-4时,相比Monte Carlo方法,偏序法的编码增益约为0.2dB,且离线构造的计算复杂度可忽略不计;强弱湍流条件下,相比单输入单输出(SISO)-polar方式,MIMO(2×2)-polar方式的编码增益约为1.1～1.6 dB,具有明显的分集优势.     

自由空间光通信的Fast QC-LDPC编码

自由空间光通信(FSO)系统采用大气信道作为传输媒介,而大气湍流效应引入了与信号强度相关的乘性噪声。为了消除乘性噪声所引起的信号衰落,引入了低密度奇偶校验码(LDPC),作为一种具有稀疏矩阵线性且性能接近香农(Shannon)限的号码,目前已有的研究成果都集中在高斯信道和瑞利信道上。根据大气信道的特点,主要针对对数正态分布和K分布,构造一种特殊的QC-LDPC码,推导对数似然比(LLR)。最后经置信译码(BP)结果显示,随着信噪比(SNR)的增加,系统误码率(BER)明显下降。由此可知,LDPC信道编码技术能够有效地改善FSO系统的性能。     

软切换链路下的混合编码与副载波调制方案

为了提高自由空间光/射频（FSO/RF）混合通信链路的性能，采用混合低密度奇偶校验（LDPC）编码与副载波相移键控/正交振幅调制（PSK/QAM）联合调制的方法，对不同传输比例下混合系统的误比特率性能进行了仿真分析，取得了不同信道条件下单链路和混合链路传输方案的误比特率数据。结果表明，在弱中强湍流条件下采用副载波二进制相移键控（BPSK）调制，相比开关键控（OOK）调制可获得大约4.4dB~5.2dB的增益。采用软切换的混合LDPC编码与副载波BPSK/16QAM调制方案，依据链路状态调整比例为1:1和3:1时，不同湍流强度下可获得大约0.3dB~7.4dB的性能增益。这一研究结果对于提高FSO/RF混合通信系统的全天候高效可靠传输性能具有重要的参考价值。     

新型度分布的LT码在自由空间光通信中应用

由于自由空间光通信(FSO)受到大气湍流效应的影响,运用信道编码技术来保证FSO系统的稳定性。研究LT码原理,并将其引入FSO系统。分析LT码度分布需要满足的条件,引用泊松鲁棒孤子度分布来减小LT码译码开销、降低编译码复杂度,并应用于FSO系统来提高FSO系统性能。采用MATLAB进行仿真,比较泊松鲁棒孤子度分布与鲁棒孤子度分布的性能,并模拟在不同湍流信道中的FSO系统误码率。结果表明,泊松鲁棒孤子度分布具有较小的平均度值,能够减小LT的译码开销、降低编译码复杂度;且应用泊松鲁棒孤子度分布的LT码能够降低FSO系统中的误码率,保证FSO系统稳定。     

水下无线光通信动态阈值判决技术研究与性能分析

针对海洋湍流信道环境下固定阈值判决方案导致水下无线光通信系统性能恶化的问题,提出了一种动态阈值判决方案。该方案基于水下湍流信道慢衰落的特性,在发送端将数据以帧为单位进行发送,接收端则根据接收帧前导码的幅度每帧更新一次判决阈值。采用蒙特卡洛法和Gamma-Gamma信道模型对水下无线光通信系统进行仿真,仿真结果表明：在弱湍流信道环境下,当系统误码率为10^-6时,动态阈值判决方案比固定阈值判决方案的误码性能提升5.4 dB;在中、强湍流信道环境下,动态阈值判决方案能够有效抑制误码率门限现象的产生。     

基于Gamma-Gamma模型的MIMO-FSO系统BER性能分析

分析了在Gamma-Gamma分布信道模型下采用强度调制/直接检测方式的多输入多输出FSO系统模型,在信道为独立同分布和独立不同分布两种情况下,分别推导出单发单收、多发单收和单发多收FSO系统的平均误码率计算公式,其近似封闭解形式用Meije′rs G函数表示出来,并仿真分析了三者的平均误码率性能,结果表明:在Gamma-Gamma分布模型下,当闪烁强度为1.2、信噪比为45 dB时,系统误码率为K分布的1/5;当平均误码率为10-4时,采用4个发射天线的多发单收系统性能比单发单收系统提高了近60 dB;当平均误码率为10-5时,采用3个接收天线的单发多收系统性能比单发单收系统提高了近50 dB,这对无线光多发多收通信系统的理论分析和系统设计具有一定的指导意义。     

基于LDPC码和BPPM的无线光通信系统性能研究

为了克服光在弱湍流大气条件传输时,光强闪烁造成的突发错误,在已知信道衰落信息(CSI)和未知信道衰落信息(NCSI)条件下,研究了基于低密度奇偶校验(LDPC)码和二进制脉冲位置调制(BPPM)的无线光通信系统性能,论述了BPPM光通信信道对称性的特点,并与基于LDPC码和OOK调制的光通信系统性能进行了比较。结果表明,在NCSI和CSI情况下,基于LDPC码和BPPM的光通信系统相对于基于LDPC码和OOK调制的系统均有更优异的差错性能;在NCSI情况下,基于LDPC码和BPPM的光通信系统的性能相对于CSI情况下的系统性能损失并不大;且采用LDPC码BPPM相对于LDPC码OOK调制的光通信系统,随着湍流强度的增大系统性能损失较小。因此,基于LDPC码和BP-PM的光通信系统在不需要信道衰落信息估计的情况下,能获得较大的编码增益,便于工程实现,在无线光通信中将有一定的应用前景。     

基于LDPC码和MIMO的无线光通信系统性能

针对大气湍流严重影响无线光通信系统性能的问题,研究了基于低密度奇偶校验(LDPC)码和多输入多输出(MIMO)无线光通信系统性能,给出了基于LDPC码的空时编码MIMO(ST MIMO)和重复编码MIMO(rep MIMO)系统的解码算法,最后在对数正态模型和K分布模型下进行了仿真分析。仿真结果表明rep MIMO系统性能优于ST MIMO和单输入单输出(SISO)系统,ST MIMO在强湍流情况下性能明显优于SISO系统,基于LDPC码的ST MIMO和rep MIMO能取得10 dB以上的编码增益,并且编码增益随着湍流强度的增大而增加,基于LDPC码和rep MIMO的无线光通信系统差错性能更加优异,可以有效提高系统抗干扰能力。