无线光通信系统中LDPC码性能研究

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无线光通信系统具有抗电磁干扰、组网机动灵活、无需频谱许可、保密性好、信息容量大和协议透明等诸多优点,是目前研究的热点之一,而传输过程中的湍流极大地影响到系统的性能。引入信道编码技术,能有效地提高系统的性能。LDPC码采用迭代译码算法,编译码复杂度低、时延短,易于硬件实现,更有接近香农限的译码性能,是无线光通信信道编码的一个很好的选择。仿真时信道模型的选择,影响到对系统性能的分析,常用的湍流信道概率密度分布模型有K分布、对数正态分布和Gamma-Gamma分布,其中K分布仅适用于强湍流区,对数正态分布则仅适用于弱湍流区,Gamma-Gamm a分布则在弱、中等和强湍流区均适用;而现有的研究文献大多使用对数正态分布,对弱湍流信道下LDPC码的性能进行研究,在中、强湍流信道中的研究较少。因此,以Gamma-Gamma分布为湍流信道模型,研究LDPC码在弱、中和强湍流中的性能是有一定指导意义和参考价值的。  本文首先分析了无线光通信信道,推导出背景光噪声、接收机产生的暗电流噪声和热噪声等最终的等效方式;对三种常用的湍流信道分布模型的适用条件进行了仿真,分析可知Gamma-Gamma模型适用于各个强度的湍流区域;并在Matlab软件中产生了各个强度的湍流信道信息,经统计验证了该数据符合对应强度的Gamma-Gamma分布,可以作为后面仿真的信道状态信息。然后介绍了LDPC码的编译码方法,综合考虑译码算法的复杂度及译码性能,选择LLR-BP作为本文的译码算法;并在Gamma-Gamm a湍流信道下,对LDPC码结合光通信中两种常用的调制(OOK和PPM)的译码初始化做了相关推导。在Gamma-Gamma模型的弱湍流信道下,分析了不同码长、不同码率、不同最大迭代次数和不同译码算法的LDPC+BPPM系统的性能,结果表明:码率越低,译码性能越好;随着码长和迭代次数的增加,译码的性能越好,且这种性能的提升不是无限制的,而是随着码长或译码次数的不断增加,性能的提升将越来越缓慢。综合考虑码的性能以及运算复杂度,仿真中采用码长为1056、码率为0.5、最大迭代次数为10的LDPC码。  最后,在各个强度的Gamma-Gamma湍流信道下,先对LDPC结合OOK及BPPM的编码增益进行了分析,结果表明,LDPC+BPPM的性能优于LDPC+OOK,且随着湍流强度的增大,前者的优势则更加明显;OOK和BPPM在AWGN、弱湍流和中等湍流信道中,编码增益都随着湍流强度的增大而增大,不同的是OOK的编码增益在中等湍流中的比强湍流中的大,而BPPM则中等的比强湍流中的小。再对LDPC码分别结合2、4、8、16、64和256进制PPM的性能进行了仿真,结果显示,弱湍流信道下,从2进制PPM到256进制PPM,进制数每增加一倍,系统均约有1dB的损失;在中等和强湍流信道下,从2进制PPM到256进制PPM,进制数每增加一倍,系统均约有1.5dB的损失。以上分析,为我们在不同强度的湍流信道下,选择合适的调制方式提供了参考。
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