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光通信中空间耦合码的设计与译码算法研究

光通信中空间耦合码的设计与译码算法研究

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作者：窦欣西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着信息量呈指数爆炸性增长,高速率大容量的光通信得到了越来越多的关注和应用。同电波通信,光通信也分为有线和无线两种。在有线接入方面,光传输网络正朝向诸如400 Gb/s的速率迈进;在无线接入方面,传统电波通信正陷入频谱短缺... 详细信息

近年来,随着信息量呈指数爆炸性增长,高速率大容量的光通信得到了越来越多的关注和应用。同电波通信,光通信也分为有线和无线两种。在有线接入方面,光传输网络正朝向诸如400 Gb/s的速率迈进;在无线接入方面,传统电波通信正陷入频谱短缺的窘境,而无线光通信因其传输容量大、组网灵活、保密性好等优势而受到广泛关注。面对高速率大容量的光通信,为保证光链路的可靠传输,业界一直在寻找逼近信道容量的编码方式。空间耦合码是现有编码方式的扩展,其编码思想组合了分组编码和递归卷积编码。渐近容量可达的特性使得空间耦合码成为未来光通信具有竞争力的候选编码方案。作为空间耦合码的一种,staircase码因其优异的性能现已入选光通信标准。本论文面向光通信,对空间耦合码的设计与译码算法进行了研究,具体工作总结如下:1.研究了无线光通信系统中的信道环境,给出了无线光通信的常用信道模型及调制技术,对具有普适性的Gamma-Gamma模型及OOK和PPM调制进行了实现,搭建了无线光通信系统的仿真平台。2.对于已作为光通信标准的staircase码,重点研究了其译码算法。首先综述了多种硬判决译码算法,并从信息交换及复杂度等方面进行了比较。仿真结果说明了不同算法的性能差异以及staircase码与乘积码的性能差异。相比于乘积码,采用相同分量码的staircase码可以获得更优的性能。为进一步提高staircase码的译码性能,提出了一种基于软判决的滑窗译码算法。以一定的复杂度增加为代价,该算法可以获得0.3 d B～2 d B的性能增益。同时为适应信道条件的变化,并降低软判决译码的复杂度,又设计了一种自适应软判决译码算法。最后,面向突发删除场景,研究了乘积码的性能,并对staircase码在突发删除场景中的应用进行了初步分析。3.为保证无线光链路的可靠传输,研究了两类空间耦合码在无线光通信系统中的性能。首先给出了BMST编码OOK及PPM调制下无线光通信系统的性能。接着,针对无线光通信,设计了一种braided自正交码,并提出了一种迭代双滑窗译码算法,即braided自正交码采用迭代滑窗译码算法,同时分量自正交码也采用滑窗BP算法进行译码。该译码策略可以有效地降低译码时延及译码复杂度。仿真结果表明,在braided自正交码编码PPM调制的无线光通信系统中,braided自正交码可以很好地对抗湍流效应,这将会为braided自正交码在无线光通信中的应用奠定良好的基础。

关键词：空间耦合码 staircase码 braided自正交码滑窗译码光通信

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