接近非相干水声通信信道容量的信号处理算法

恶劣情况下的非相干水声通信信道模型为随机相位Rayleigh衰落,推导了该模型的信道容量曲线。为实现接近非相干信道容量的可靠通信,提出多进制低密度校验码(LDPC)和恒重码级联码的多进制非相干概率域迭代处理算法。在信道幅度和相位完全未知的情况下,根据矩估计得到信号和噪声频点幅度的统计参量,进而得到恒重码的码字后验概率,再对多进制LDPC码进行因子图迭代译码。仿真证明本算法与现有的最大能量检测非迭代译码算法相比,与信道容量曲线的差距从4.5dB缩小至1.5dB。给出了实际海试湖试通信效果,频段为6~10kHz,数据速率为357bps,海试时近似垂直通信距离为5km,湖试时水平通信距离近3km、多径超过50mS,两种情况下无差错通信的信噪比门限为2dB,验证了本算法的优势。      

非二进制低密度奇偶校验码在16QAM光传输系统中的性能

以16-相正交幅度调制(16QAM)为例,分析比较了伽罗华(GF(2 m))域上m=1,2,4时,3种低密度奇偶校验(LDPC)码在16QAM光传输系统中的性能.分析表明,无论在纠错性能还是译码效率方面,4进制LDPC码比16进制LDPC码具有更大优势.为进一步改善高阶调制光传输系统中非二进制低密度奇偶校验(NB-LDPC)码的性能,在16QAM系统下的4进制LDPC码中引入水印位符号.与传统的非二进制LDPC译码方案相比,水印位方案的平均迭代次数显著下降,即引入水印位可以极大地提高NB-LDPC码的译码效率.当误码率BER=10-5时水印位方案可以改善0.1dB的净编码增益.     

极化编码调制正交频分复用水声通信中的极化码构造方法

为进一步提高水声通信可靠性和频带利用率,针对极化编码调制的水声通信需求和信道特性,基于蒙特卡洛法提出动态水声信道认知优化统计目标参数、联合译码的判决反馈信道估计两点改进,建立了适用于编码调制水声信道中的极化码构造算法。为验证该算法性能,建立了极化编码调制水声通信的两步应用机制。通过仿真,比对并分析改进前后的极化码构造方法性能、对时变信道的鲁棒性,以及在不同映射规则下的联合比特交织和多级编码的极化编码调制水声通信性能,并与低密度校验(LDPC)编码调制系统进行对比。湖试结果表明,提出的极化编码调制水声通信方案有效保证了信息在浅水水声信道中的可靠传输,在信噪比约为14 dB、通信距离约1 km时,实现无误码传输,性能优于相同条件下的LDPC编码调制系统。     

基于蚁群算法的大气激光通信中低密度奇偶校验码的盲识别

针对传统线性分组码识别方法对码长较长的低密度奇偶校验(LDPC)码不适用的情况,利用蚁群算法对对偶空间进行优化搜索,完成了对LDPC码的识别。建立了大气激光通信信道模型和LDPC码的识别模型,给出了大气激光通信湍流信道下校验关系对数似然比函数表达式;将基本蚁群算法与LDPC码的识别问题结合,将对数似然比函数经过处理作为目标函数,通过不断迭代每次搜索过程中目标函数最优值和最佳搜索路径,实现对LDPC码的识别。仿真结果表明:当码长为256时,在弱湍流条件下,当信噪比不低于8dB时,识别率可达78%;在强湍流条件下,当信噪比不低于10dB时,识别率可达77%。此外,蚁群算法中的参数设置对算法性能有较大影响,应根据实际情况加以选择。     

水声通信低复杂度最大似然联合均衡译码方法

现有Turbo均衡采用迭代联合均衡译码结构,这一迭代过程在信噪比高于某一门限后才能产生正向的迭代增益,当信道码间干扰较为严重或者采用高阶调制方式时,该信噪比门限较高;同时,现有Turbo均衡的性能还受限于其交织器长度,故当码块长度较短时,其性能并不理想。针对以上问题,提出了一种基于Spinal码的联合均衡译码方法。首先,该方法采用非迭代的最大似然联合均衡译码结构,有效避免了Turbo均衡迭代结构所带来的信噪比门限高问题;其次,该方法采用信息混合能力更强的Spinal码,有助于提高码块长度受限时的误码率性能;最后,该方法利用Spinal码可以有效增加相似信息序列间汉明距离的特点,将联合均衡译码时间复杂度降低为仅随信息序列长度与信道响应长度呈线性增长,解决了本方法难以实际应用于实时水声通信的难题。在抚仙湖湖试中,同样实现速率为3.34kbps数据通信,该方法的误码率优于Turbo均衡方法两个数量级以上。时变水声信道下的仿真以及湖试结果表明,该方法在码长受限的情况下仍在复杂水声信道中表现出更好性能,其所需的最低输入信噪比显著低于现有Turbo均衡方法。      

连续变量量子密钥分发的数据逆向协调

基于多级编码/多级译码(MLC/MSD)系统实现了连续变量量子密钥分发的逆向数据协调。讨论了高斯连续变量量化过程中使互信息量最大时最佳量化区间的选取,并且通过理论计算给出了信噪比为4dB的情况下各级等价信道的最佳码率。协调方案中选择低密度奇偶校验码(LDPC)作为信道编码,结合边信息译码原理最终通过LDPC迭代译码算法实现了数据的逆向协调。     

雾对大气激光通信系统的影响及克服方法

分析了雾产生的原因、相关数学模型及其对大气激光通信系统的影响.为了克服雾对无线光通信链路的影响,将LDPC码作为信道编码应用到大气激光通信系统中,并结合置信传播迭代译码算法和副载波PSK强度调制方案,在有雾的大气信道中进行了仿真.仿真结果表明：LDPC码具有优越的纠错能力,并获得了较大的编码增益,该方案可以满足大气激光通信系统的需要.     

雾对大气激光通信系统的影响及克服方法

分析了雾产生的原因、相关数学模型及其对大气激光通信系统的影响.为了克服雾对无线光通信链路的影响,将LDPC码作为信道编码应用到大气激光通信系统中,并结合置信传播迭代译码算法和副载波PSK强度调制方案,在有雾的大气信道中进行了仿真.仿真结果表明:LDPC码具有优越的纠错能力,并获得了较大的编码增益,该方案可以满足大气激光通信系统的需要.     

LDPC码在量子密钥分配多维协商算法中的应用

密钥协商是量子密钥分配(QKD)的重要环节,影响着QKD的密钥率和安全距离.作为一种低信噪比时较为高效的密钥协商方案,多维协商算法被很好地应用在高斯调制连续变量QKD中,延长了通信距离.本文研究了二进制LDPC码在多维协商算法中的应用方案,进而扩展到多进制LDPC码.仿真表明,相比二进制LDPC码,利用多进制LDPC码能够使多维协商性能获得明显增益.     

基于MMSE的大气激光通信中LDPC码BP译码算法研究

针对大气激光通信中低密度奇偶校验码(LDPC)置信传播(BP)译码算法复杂度高的问题,对几类BP-Based简化译码算法进行了分析,并基于最小均方误差准则(MMSE)对Scaled BP-Based和Offset BP-Based两类改进译码算法的优化设计进行了探讨,得出两类算法的最优校正因子,并给出了数值计算.在不同的湍流强度下,对码长1008的(6,3)比特填充LDPC码进行了仿真实验,结果表明,对于短码长的LDPC码,当译码BER=10-5时,最小和算法(UMP BP-Based)相对于BP算法有0.1～0.15dB的译码性能损失;基于MMSE设计的两类算法相比BP算法大大降低复杂度的同时,译码性能与BP算法相当,甚至优于BP算法,优于UMP BP-Based算法0.075～0.15dB.