CN105356941A - 一种空间光通信ldpc码映射奇偶校验矩阵度分布方法 - Google Patents

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张丽佳
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李博文
田清华
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Abstract

本申请提供在基于LDPC码的通信系统在不同的大气条件下，如强湍流和弱湍流下，分别映射不同奇偶校验矩阵度分布的方法。编码方式为：确定信道的基本情况，映射相应的H矩阵度分布形式，确定奇偶校验矩阵，对信息执行LDPC编码。接收端一路通过提取器确定编码采用的奇偶校验矩阵，进行译码；另一路执行信道估计，反馈信道参数至发送端。

Description

一种空间光通信LDPC码映射奇偶校验矩阵度分布方法
(一)技术领域
本发明属于系统建模领域，具体涉及一种基于LDPC码的FSO通信系统在大气信道不同状况下映射相应奇偶校验矩阵度分布的方法。
(二)背景技术
自由空间光通信(简称FSO)也称为无线光通信，是一种通过激光在大气信道中实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术。其中包括卫星间通讯、星地通讯、地面通讯。大气随机信道对激光传输性能的影响是制约激光通信的重要因素之一，大气分子及悬浮微粒对光束的吸收与散射主要导致光束能量损失，接收信号减弱，大气湍流对光束的扰动引起光束的强度闪烁、光束漂移、扩展与抖动等现象。由于大气作用对光信号的影响，使光信号出现较大畸变，信噪比减小，误码率增加。
LDPC码是Gallager于1962年提出的一种性能接近Shannon极限的线性分组码，选择迭代译码的方式译码。低密度奇偶校验码(LDPC)不但具有逼近香农极限的译码性能，而且特殊设计的LDPC码字可以获得极低的错误平层。由于大气信道的特点以及LDPC码的优点，我们选取了LDPC码作为信道编码的方式，且根据不同的湍流条件映射不同的奇偶校验矩阵度分布形式。
LDPC度分布函数
1)节点角度
Λi是度为i的变量节点的数目
Pi是度为i的校验节点的数目
2)边角度
λi是度为i的校验节点所连接边占总数的比例
ρi是度为i的校验节点所连接边占总数的比例
现有的技术根据FSO信道状况来调整发射端的参数，比如数据速率，发射功率等，从而补偿由于大气湍流或大气衰落引起的SNR的变化，使BER值保持恒定。有代表性的包括：
一是自适应调制，根据信道参数，计算出自适应方案中的SNR阈值，但是仅仅通过自适应调制，无法解决频谱效率最优化问题，而且最优阈值的计算也十分耗时，造成了系统资源的浪费，严重制约了该技术在实际中的应用。
二是自适应编码，然而像TCM这种网格编码调制的方法使用的卷积码和分组码译码复杂度高，不是一种最佳的方案。
一直以来，没有一种根据信道状况来调整和倒换发射端编码方式的思想出现。本发明就是为了弥补这一空缺，提出了一种基于奇偶校验矩阵度分布映射的LDPC编码方案，根据信道情况映射合适的校验矩阵，使频谱效率最优化，倒换快捷方便，节省系统资源，可靠性高。
(三)发明内容
考虑到不同的大气状况，采用一个反馈信道给发射机传输信道系数，使其根据信道情况调整用于编码的奇偶校验矩阵。具体的，FSO发射机使用回射器和训练序列检测FSO信道，将信道参数通过反馈信道传给编码器，编码器内部倒换电路根据反馈改变编码矩阵H。整体框图如图1所示。
(四)附图说明
图1所示系统主要包括发送端、接收端和信道这三个部分。其中发送端包括编码器，H矩阵度分布映射器，控制器，调制器，电光转换设备。接收端包括接收机，FSO信道估计器，解调器，H矩阵提取器，控制器，译码器。信道包括自由空间信道和反馈信道。
(五)具体实施方式
在发送端，源数据经过编码和调制之后，在进入FSO信道之前进行电光转换，通过信道之后，在接收端，进行光电转换，接收机检测接收，一路进行解调操作，解调信号送入奇偶校验矩阵提取器确定编码采用的奇偶校验矩阵，控制器将根据此信息控制译码器进行对应的译码操作。另一路进行FSO信道估计，使用大气折射率测量仪检测湍流强度，将信道参数通过反馈信道送入发送端奇偶校验矩阵度分布映射器，控制器通过控制奇偶校验矩阵度分布映射器来确定要采用的校验矩阵，编码器根据该矩阵进行编码。

Claims (4)

1.一种有着控制器、奇偶校验矩阵度分布映射器和编码器的发送端使用LDPC码进行信道编码的方法，这种方法的步骤如下：
接收信道参数反馈；
在控制器控制下映射相应的奇偶校验矩阵度分布方式；
确定奇偶校验矩阵；
编码器对信息执行LDPC编码。
2.一种有着控制器、H矩阵提取器、译码器的接收端进行译码和反馈操作的方法。这种方法的步骤如下：
接收机检测接收，进行解调操作；
解调信号送入奇偶校验矩阵提取器确定编码采用的奇偶校验矩阵；
控制器将根据此信息控制译码器进行对应的译码操作；
另一路进行FSO信道估计；
将信道参数反馈。
3.如权利1提到的装置，该装置包括控制器、奇偶校验矩阵度分布映射器和编码器，具体分工如下：
控制器：基于信道参数，控制奇偶校验矩阵度分布映射器确定度分布形式；
奇偶校验矩阵度分布映射器：内置多种H矩阵度分布形式，在接收到信道参数之后，针对湍流的强弱，从几种备选的奇偶校验矩阵的度分布中选择合适的最接近的度分布形式；
编码器：利用选择好的奇偶校验矩阵，进行编码操作。
4.如权利2提到的装置，该装置包括控制器、H矩阵提取器、H矩阵提取器的接收端，具体分工如下：
控制器：根据H矩阵提取器的信息控制译码器进行译码；
H矩阵提取器：用于提取接收码字所采用的LDPC的H矩阵；
译码器：用获得的H矩阵对码字进行译码。
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WANG, KAIMIN；ET AL.,: "LDPC-CODED AxM-DAPPM SYSTEMS FOR SIMULATION OF TURBULENT FREE-SPACE OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM", 《12TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON OPTICAL COMMUNICATIONS AND NETWORKS》 *

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