面向低功耗光通信系统的QC-LDPC码的设计和应用研究

作     者：张伟 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵建

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070104[理学-应用数学] 0803[工学-光学工程] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0701[理学-数学] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：QC-LDPC码 度分布 EXIT图 相干光通信系统 直接检测系统 

摘      要：随着云时代的到来,网络流量暴增,高速传输的光通信网络是人们日益迫切的需求。然而在长距离相干光通信系统中,传输速率过高或传输距离过长都会造成数据因受光放大器噪声和线性、非线性传输损伤的影响出现大量错误。在短距离传输系统中,特别是基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的直接检测强度调制系统(Intensity-Modulation and Direct-Detection,IM/DD),受限的器件带宽也会造成系统性能的下降。因此,在光通信系统中引入信道编码是必然的趋势。低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check,LDPC)作为前向纠错编码的一员在19世纪末被证实译码性能趋近香农极限。准循环低密度奇偶校验码(Quasi-Cyclic LDPC,QC-LDPC)作为结构化的LDPC码,不仅编译码复杂度低,而且其准循环的特性让它更适合硬件实现。本文主要在低功耗低延迟QC-LDPC码的设计和在带宽受限OFDM光系统中QC-LDPC与OFDM子载波的优化映射两个方面展开研究,主要贡献如下:(1)针对低功耗低延迟光通信系统,提出一种基于有限迭代次数的QC-LDPC码的构造方法。该方法在EXIT图中使用有限迭代次数下译码成功的最小信噪比作为度分布的衡量标准,有效解决了以无限迭代次数为前提的传统最优度分布不适合低功耗通信系统的问题。仿真结果表明所提出的QC-LDPC码相较于传统度分布构造的QC-LDPC码在不同调制格式、QC-LDPC码码率、最大迭代次数、光滤波器带宽的情况下都展现出更好的译码性能。(2)针对带宽受限的IM/DD-OFDM系统,提出一种根据子载波的可靠性分配QCLDPC系统符号和校验符号的方法。通过116Gb/s,2km和101.7Gb/s,5km的传输实验,我们证明了所提分配算法相较于传统分配算法在不同接收光功率、QC-LDPC码码率、最大迭代次数、系统带宽、传输距离、循环前缀长度都能够获得可观的性能提升。并且,此方法更适用于由有限迭代次数QC-LDPC码编码的低功耗低延迟光OFDM系统。