低密度奇偶校验码在光通信中的性能

低密度奇偶校验码(LDPC)不仅有逼近香农限的良好性能, 而且译码复杂度较低, 结构灵活, 是近年信道编码领域的研究热点, 在光通信系统中有广泛的应用前景。针对非规则Tanner图上构造的低密度奇偶校验长码具有良好的性能, 以及其在光通信系统中的应用, 构造了几种LDPC码, 并采用置信传播(BP)译码, 在加性高期白噪声(AWGN)信道、二相移相键空(BPSK)调制下进行了计算机仿真。根据规则LDPC码和非规则LDPC码的误码率(BER)和FER曲线, 对规则码和非规则LDPC码在编译码方面以及性能方面作了分析和比较, 进而对构造在光通信系统中具有实用价值的LDPC码提出了看法。通过理论分析与仿真结果表明LDPC 码型具有良好的性能, 可以节省硬件开销, 比较适用于光通信系统中, 可作为超强前向纠错码型的候选码。     

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.     

基于低密度奇偶校验码的超强前向纠错码设计

光纤中的传输效应(如色散、偏振模色散(PMD)和非线性效应等)会严重影响传输速率和传输距离的进一步提高。因而有必要研究性能更好的新超强前向纠错(Super-FEC) 码型,使其在光通信系统中获得更高的编码增益和更好的纠错性能。简单介绍了低密度奇偶校验(LDPC)码, 然后提出光通信系统中一种基于LDPC码的超强前向纠错(Super-FEC)码型,构造了冗余度为6.68%的新颖LDPC(3969,3720)码, 并给出超强FEC码型的仿真结果。通过与RS(255,239)及BCH(3860,3824)+BCH(2040,1930)进行对比分析, 还分析与探讨了新LDPC码型的编译码电路的设计实现问题。通过理论分析与仿真结果表明这种超强 FEC 码型具有良好的性能, 可以节省硬件开销, 比较适用于光通信系统中, 可作为超强 FEC 码型的候选码。     

基于双边类型低密度奇偶校验码的连续变量量子密钥分发多维数据协调

在连续变量量子密钥分发(CVQKD)多维数据协调过程中,低密度奇偶校验码(LDPC)的纠错性能直接影响协调效率和传输距离。构造了一种双边类型的低密度奇偶校验码(TET-LDPC),引入了类似于重复累积码中的累积结构以提高其纠错性能,在多维数据协调算法中得到了更小的收敛信噪比、更高的协调效率以及更远的传输距离。仿真结果表明:当TET-LDPC的码率为0.5,分组码长为2×10~5时,收敛信噪比降至1.02dB,协调效率达到了98.58%,安全密钥率达到17.61kb/s,CVQKD系统的传输距离提高为44.9km。     

基于低密度奇偶校验码的MPPM比特符号映射及系统性能研究

建立了基于低密度奇偶校验(LDPC)码和多脉冲位置调制(MPPM)的无线光通信系统模型,给出了相应系统模型下的解码算法,研究了(m,2)MPPM的比特符号映射方式,提出了用改进的遗传算法(GA)搜索的优化映射方法,最后在大气湍流信道下进行了仿真。仿真结果表明基于LDPC码和MPPM的无线光通信系统性能明显优于未编码的MPPM系统,结合LDPC码和多光束发射技术可以提高系统抗强大气湍流影响的能力;通过GA优化的映射方法在不增加系统复杂性的情况下能进一步提高系统的纠错性能,可以获得更大的编码增益。     

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.     

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.     

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0.1~0.15 dB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0.075~0.15 dB.     

海洋气泡对水下量子通信性能的影响

随着水下无线通信的发展,关于海洋环境量子通信的研究也逐渐成为热点。其中,研究海洋气泡对光量子在水下传输的影响具有重要意义。为了研究海洋气泡对水下量子通信信道性能的影响,根据海洋气泡的粒径分布模型,研究了气泡的散射特性,并根据气泡的消光系数,分析了不同条件参数对链路衰减、纠缠度、信道容量以及信道误码率的影响,并进行了仿真实验。结果表明：气泡浓度和传输距离的增大,使链路衰减和误码率增加,对于幅值阻尼信道、退极化信道和比特翻转信道,其信道容量均有所减小;随着气泡半径的增大、深度的减小,信道纠缠度降低。由此可见,海洋气泡对量子通信性能的影响不可忽略,在实际应用中为了保障水下量子通信的传输效率,应适当调节水下量子通信相关参数,减小海洋气泡环境对通信系统的影响。     

Performance analysis and design of quasi-cyclic LDPC codes for underwater magnetic induction communications

Magnetic induction (MI) communication is an effective scheme for underwater wireless communication. In this paper, we aim to design an underwater MI communication system based on Quasi-cyclic LDPC (QC-LDPC) codes. Firstly, for a given QC-LDPC code used in underwater MI communication, we propose a novel algorithm to evaluate its performance, which is named as underwater magnetic induction protograph (UWMIP) extrinsic information transfer algorithm. Furthermore, we present a differential evolution UWMIP (DE-UWMIP) algorithm, which incorporates the differential evolution method and the UWMIP algorithm. By this algorithm, we search the optimized QC-LDPC codes with best distance threshold. Simulation results show that the proposed algorithm is effective and provide a good guidance to design the underwater MI communication system.     

近程高速水声毫米波通信仿真与试验验证*

水声信道的严重双扩特性极大地限制了水声高速通信的稳健性。针对近程高速水声通信技术的需求,该文基于水声毫米波频段,提出了一种基于超奈奎斯特发射技术及高阶调制技术的单载波的水声毫米波通信技术。而超奈奎斯特发射技术以及高阶调制给接收机带来了极大的挑战:一是超奈奎斯特发射技术引入了严重的符号间干扰,二是高阶调制系统的符号检测对信道估计的精度要求很高。针对以上问题,该文提出了一种基于迭代信道估计技术的迭代软反馈DFE接收机技术。仿真实验表明:采用128QAM高阶调制时,在较为严重的多途衰落信道条件下,采用所提出的接收机可以在15 dB时实现无误码传输。信道水池试验证明:当通信带宽为300 kHz,通信符号率为300k符号/秒且采用64QAM调制时,在发射平台慢速运动的条件下可以实现900 kbps的净数据率,其相应的频谱利用率高达6 Bits/s/Hz。     

A novel construction algorithm of the LDPC code for high-speed long-haul optical transmission systems

According to the transmission characteristics of high-speed long-haul optical transmission system, the main construction method of Low-Density Parity-Check (LDPC) code for optical transmission system is presented and a novel construction algorithm of LDPC code is proposed, the theoretical analysis shows that the parity check matrix of the LDPC code constructed by the proposed construction algorithm has no four-girth phenomenon, this is also theoretically proved out. Both the novel LDPC(3969,3720) code with 6.69% redundancy and the novel LDPC(8281,7920) code with 4.56% redundancy for optical transmission systems are constructed by using the presented construction method and proposed construction algorithm. The simulation results show that the net coding gain (NCG) of the two novel LDPC codes at the eighteenth iteration for the BER of 10^?12 are respectively 1.63 dB and 1.49 dB more than that of the RS(255,239) code in ITU-T G.975. Moreover, the decoding of the LDPC code in the hardware can parallel be implemented, so the decoding speed of the two novel LDPC codes are very rapid, the complexities of implementing the two novel LDPC codes, compared with the concatenated codes in ITU-T G.975.1, are relatively lower, furthermore, the hardware overhead and storage space can relatively be saved and the computation complexity can be reduced in implementing the hardware in the future. As a result, the two novel LDPC codes can better be suitable for high-speed long-haul optical transmission systems.     

长距离和多模接入网络中低密度奇偶校验-正交频分复用的性能研究

研究了低密度奇偶校验编码与正交频分复用相结合的编码调制技术,从理论上分析了光纤链路中色散和频率选择性衰落的影响,并通过数值模拟仿真,比较了不同编码码率的编码调制信号在长距离单模光纤传输和多模光纤接入网络中的传输性能.仿真结果表明,采用码率为0.75的长码型非规则的低密度奇偶校验编码与正交频分复用相结合的编码调制技术更适合光纤通信系统中的长距离传输和多模接入网络.     

大气湍流光PPM通信系统中LDPC码的置信传播译码

对大气弱湍流光PPM通信系统中LDPC码的BP 解码算法进行了研究,提出了相应系统模型下的解码算法.通过理论分析和大量计算机仿真,结果表明:采用LDPC的大气弱湍流光PPM通信系统比未编码的大气弱湍流光PPM通信系统的性能好,但是系统的BER性能随着PPM的时隙数的增加而增大.     

Error Exponents of LDPC Codes under Low-Complexity Decoding

This paper deals with the specific construction of binary low-density parity-check (LDPC) codes. We derive lower bounds on the error exponents for these codes transmitted over the memoryless binary symmetric channel (BSC) for both the well-known maximum-likelihood (ML) and proposed low-complexity decoding algorithms. We prove the existence of such LDPC codes that the probability of erroneous decoding decreases exponentially with the growth of the code length while keeping coding rates below the corresponding channel capacity. We also show that an obtained error exponent lower bound under ML decoding almost coincide with the error exponents of good linear codes.     

一种多通道混沌调相扩频方式及其在水声通信中的应用

直接序列扩频通信是一种低检测概率通信方式,在保密通信中得到了广泛的应用。但该通信方式仍存在缺陷,其采用伪随机序列作为扩频码,而伪随机序列具有周期性和二值性等较为明显的特征,在敌对环境下这些特征可能被利用,使得直扩信号重要的特征参数被估计出来,进而引发信息泄露。针对这个问题,本文提出采用混沌调相序列代替伪随机序列,混沌调相序列是恒包络的复数值序列,可用数量多,相关特性好,而且克服了伪随机序列周期性和二值性的不足,具有更高的保密性。为了提高通信速率,将混沌调相序列与多通道技术相结合,数值仿真结果显示了该通信方式优异的误码率性能,表明该通信方式在水声通信中应用的可行性。     

Design and performance analysis of various one dimensional codes using different data formats for OCDMA system

In this paper, the design, implementation and performance analysis of various one dimensional codes in an OCDMA system for different data formats is presented. A number of different codes are used with optical CDMA to improve its error performance. Here, three such codes, optical orthogonal codes (OOC), Walsh Hadamard codes and zero cross-correlation (ZCC) codes have been compared using different data formats, NRZ raised cosine, NRZ rectangular, RZ raised cosine and RZ rectangular. It is found that NRZ raised cosine has the best system performance for all the codes used. After that, the three codes have been compared in terms of the BER, eye diagrams and received optical power using NRZ raised cosine modulation format. It is analyzed that ZCC codes have zero cross-correlation property. The simulation results revealed that ZCC codes can provide a better BER compared to the OOC and Walsh Hadamard codes and it is most suitable to be employed in the OCDMA systems.     

Beam reception and data transmission performance analysis of optical taper used in a mobile wireless optical communication

Mobile wireless optical communication system was demonstrated experimentally by using a special solid coupling optical taper. The performance of special solid coupling optical taper and the data transmission performance with 240 Mbit/s were investigated on the rectilinear orbit between the mobile terminal and the fixed terminal. The experimental results shown that the scheme used in the mobile wireless optical communication system is reliable and quite simple, which could be widely used in future.