基于QC-LDPC的CO-OFDM系统编码算法研究

发布时间：2018-05-16 21:28

本文选题：相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统 + 准循环LDPC(QC-LDPC)码　；参考：《吉林大学》2017年硕士论文

【摘要】：随着信息的普及与科技的发展,人们对云计算、高清视频等大数据的需求越来越大,对网络宽带的需求也不断增加,同样对光纤通信的要求也日趋严格。采用“超级信道”技术的相干光正交频分复用(Coherent Optical-Orthogonal Frequency Division Multiplexing,CO-OFDM)系统可以在小幅度牺牲传输距离的条件下提高频谱利用率,满足日益增长的“超大容量”与“长距离”等光通信要求,成为光通信系统中最具潜力的技术之一。同样随着5G技术的深入研究,超快下载速率、零时延、零丢包的高标准成为学者们为实现“万物互联”的基本要求。为了满足高速通信的可靠性,相应的通信标准正在逐步确立。2016年由国际移动通信标准化组织第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project,3GPP)的第87次会议上确立了以低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码作为数据信道中长码的编码方案,使其成为信道编码技术领域的关键研究方向。LDPC码主要分为随机码和结构化码。基于结构化LDPC码拥有更低的错误平台和编码复杂度,便于系统实现短距离下更长的LDPC码。准循环LDPC(Quasi-Cyclic LDPC,QC-LDPC)码是一种非常有代表性的结构化LDPC码,其准循环性便于编码与实现,大大提高了通信可靠性。本文基于QC-LDPC码的CO-OFDM系统编码算法进行研究,主要工作如下:1.首先,通过分析QC-LDPC码的编码规则和方法充分掌握QC-LDPC码的基本原理。拥有良好构造的LDPC码拥有接近于香农极限的优秀性能,必能让系统的可靠性得到质的飞跃。研究过程中发现可反转子集LDPC(Invertible Subset LDPC,IS-LDPC)码因其特殊的码构造拥有与IEEE 802.16e标准中QC-LDPC码一样优秀的可靠性,并以此为基础将IS-LDPC码的概念应用于准循环结构中得到IS-QC-LDPC码。2.一个性能良好的LDPC码的校验矩阵必须保证其对二分图中拥有最大围长和最少短环数量。为了优化IS-QC-LDPC码,减小码之间的相关性,在设计校验矩阵时通过更新基校验矩阵偏移量以减小短环数量并增大围长。本文提出改进的QC-LDPC(OIS-QC-LDPC)码不仅融合了IEEE 802.16e中QC-LDPC码中校验矩阵的准双对角线特性,而且保持了IS-LDPC码结构的可反转特性。OIS-QC-LDPC码的校验矩阵构造方法分为三步:(1)通过考虑变量节点和校验节点的度分布,使用渐进边长扩展(Progress Edge Growth,PEG)算法得到基校验矩阵。本文采用IEEE802.16e中QC-LDPC码的校验矩阵的度分布。(2)更新基校验矩阵中各循环矩阵的偏移量。根据更新基校验矩阵偏移量将得到的偏移量应用到已构造的基校验矩阵中,同时保持可反转子集结构的特性。(3)将基校验矩阵经循环矩阵扩展得到校验矩阵。最后给出了改进的QC-LDPC码校验矩阵构造算法。3.通过分析光纤通信的相关技术和OFDM基本原理充分掌握CO-OFDM系统的基本原理。将OIS-QC-LDPC码应用在CO-OFDM系统中。通过仿真表明,本文提出的基于OIS-QC-LDPC码拥有较IS-QC-LDPC码和IEEE 802.16e标准下的QC-LDPC码更可靠的通信性能。仿真分析可知,OIS-QC-LDPC码在不同码长、调制方式和距离下较其他两种码均表现出良好的可靠性。(1)同条件下采用QPSK调制,码长n(28)30720,当误码率为210-时,OIS-QC-LDPC码较IS-QC-LDPC提升约0.7d B的OSNR,较IEEE 802.16e中QC-LDPC码提升约1d B的OSNR。随着曲线速率的变化,这种差距会越来越大。(2)同条件下采用16QAM调制,码长n(28)30720,当误码率为210-时,OIS-QC-LDPC码较IS-QC-LDPC提升远超过1.5d B的OSNR,较IEEE 802.16e中QC-LDPC码提升更多。(3)以误码率为37 10-?为例,OIS-QC-LDPC码可传输的距离为70km,而其他两种码的传输条件仅为长度40km。降低误码率的同时,本文还验证该算法短环数的减少。码长n(28)30720和n(28)15360时,改进算法较原算法去除了长为4和6的环,使围长达到了8,并在一定程度上较小了8环的数量。
[Abstract]:In order to satisfy the reliability of high - speed communication , we have established a coding scheme with low density parity check ( LDPC ) code as the long code in the data channel , which is one of the most potential technologies in the field of channel coding . The results show that OIS - QC - LDPC codes are more reliable than IS - QC - LDPC codes in different code lengths , modulation modes and distances .
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN911.22;TN929.1

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