IEEE802.16e协议的LDPC在水下激光通信系统的研究

论文摘要

水下激光通信系统的传输信号,由于水分子、水下悬浮颗粒对激光脉冲的散射和吸收,使得传输信号在传输过程中发生了很大的衰减,为了保证信号的有效传输,普遍选择纠错性能强大的LDPC码作为系统的信道编码。IEEE802.16e标准的LDPC码可以选择多种码速率,标准同时给出相应的基矩阵,只要按照一定的规则进行编码就可以得到对应的校验矩阵,编码方便,译码复杂度也很低,容易硬件仿真。通过对IEEE802.16e标准的LDPC码的深入研究和分析,根据传统的准循环矩阵的编译码特性,本文提出了一种IEEE802.16e标准的基矩阵构造方法,这种新的编码方法不仅容易分块编码、存储量小、易硬件实现,而且具有更少的短环和更低的误码率。通过与传统译码算法的对比,提出了一种带有次小值计算最大偏移量的最小和译码算法,该算法可有效地适用于改进通信系统。通过matlab系统仿真计算表明,新编码方式和改进的译码方法使得水下激光通信系统的抗干扰能力有明显提高,在I类海洋水体中实验结果表明,结合光电检测的改进最小和译码算法可以将数据信号的误码率控制在10-5左右。采用改进码不仅可以节省发光功率,还可以提高水下激光通信的传输距离。最后,本文结合出错重传机制的概念,对系统的可靠性进行了优化,使得系统的传输有效性进一步提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 水下激光信道的研究背景
• 1.2 水下激光通信系统设计的国内外发展现状
• 1.2.1 国外研究发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 选题的研究意义
• 1.4 论文结构及内容安排
• 第二章 水下激光通信的信道特性
• 2.1 水下激光系统的概况
• 2.1.1 系统组成
• 2.1.2 信道模型
• 2.1.3 信道容量
• 2.2 海水信道的光学特点
• 2.2.1 吸收特性
• 2.2.2 散射特性
• 2.2.3 散射效应的分类
• 2.3 传输模型
• 2.3.1 海水的衰减
• 2.3.2 激光脉冲信号的时间扩展
• 2.4 本章小结
• 第三章 LDPC 码的基本原理以及常见的编码方式
• 3.1 LDPC 码的一些概念
• 3.1.1 二元域LDPC 码
• 3.1.2 GF（q）域的非规则LDPC 码
• 3.2 改进的IEEE802.16e 标准的LDPC 码编码研究
• 3.2.1 基于IEEE802.16e 标准的改进LDPC 码的定义
• 3.2.2 常用的编码算法
• 3.2.3 IEEE802.16e 标准的LDPC 码的编码算法
• 3.2.4 改进的LDPC 码的编码算法
• 3.3 IEEE802.16e 标准下的LDPC 码的最小和译码技术
• 3.3.1 硬判决译码的性能
• 3.3.2 软判决译码的性能
• 3.3.3 改进的归一化Log-BP 算法
• 3.4 本章小结
• 第四章 改进码字和PPM 调制结合的水下激光通信系统仿真
• 4.1 PPM 调制下的水下激光信道模型
• 4.1.1 PPM 调制原理
• 4.1.2 最佳调制阶数L 的设计
• 4.1.3 雪崩探测放大器的数学模型
• 4.1.4 PPM 调制的误码率分析
• 4.2 水下激光信道建模及容量分析
• 4.2.1 数学模型
• 4.2.2 信道容量
• 4.3 改进码字与PPM 结合的译码算法
• 4.3.1 信道译码
• 4.3.2 改进算法与硬判决译码的性能比较
• 4.4 系统性能仿真及误码率分析
• 4.4.1 PPM 调制阶数对误码率性能的影响
• 4.4.2 信号光子数对系统性能的影响
• 4.4.3 传输深度对系统性能的影响
• 4.5 系统可靠性传输的优化方法
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文