深空光通信PPM调制下不等错误保护LDPC码的构造与应用

发布时间：2020-03-19 17:06

【摘要】：深空探测是将远程捕获的图像传递到地面站用以了解未知的空间环境,所以图像传输技术的高可靠性和高有效性就至关重要。脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)抗干扰能力强、低密度奇偶校验(Low Density Parity-Check,LDPC)码性能逼近香农限,由其组成的迭代译码解调系统可以在深空光通信系统中获得较好的误码性能。而不等错误保护(Unequal Error Protection,UEP)方案可以有效地保护图像信息中更重要的数据,提高重构图像的质量和深空通信的有效性。但是现有的UEP-LDPC方案都是基于高斯信道和非迭代解调系统设计的,将其用于PPM泊松信道中,性能无法达到最优,而基于泊松PPM信道设计的LDPC码,却又没有考虑到LDPC码的UEP特性。故本文将基于PPM与LDPC迭代解调系统的不等保护方案设计进行研究。本文分析了泊松信道的信道特性和PPM与LDPC的迭代解调系统,研究了变量节点度与比特错误率之间的关系,并提出一种基于变量节点度分布优化的UEP-LDPC码设计方案,以最大化各保护级的平均变量节点度为优化目标,同时为避免无效的度分布,设计了一系列的约束条件。使用迭代线性规划分层优化度分布,并且针对深空光通信的信道特性和PPM与LDPC码迭代解调译码模型特性,分析度分布的收敛情况,用以约束度分布的选择,避免优化得到高阈值的度分布。仿真结果表明,该方案设计的两级、三级UEP-LDPC码性能优于现有的基于高斯信道优化的UEP-LDPC码以及深空光通信中提出等保护LDPC码。最后,本文将设计的UEP-LDPC码应用于深空图像传输上,设计了两种图像传输的UEP方案。一种是基于图像直传的UEP方案,直接读取图像的数据做不等保护映射后,经UEP-LDPC编码后传输。另一种是基于小波压缩的图像传输UEP方案,对图像数据进行三级小波分解、嵌入式零树小波(Embedded Zerotree Wavelets,EZW)编码、哈夫曼编码后,再经过UEP-LDPC码编码传输。仿真结果表明,两种UEP传输方案恢复图像质量均优于等保护方案恢复的。
【图文】：

概率分布,解调器,概率分布,译码器

图 3.4 PPM 解调器输出似然信息的概率分布图D 的外部 MI 经过交织后传送到 PPM 解调器，，作为解调器的先验是理想交织，交织不会改变互信息的值，得到 PPM 输入先验互信1, ,2( ( ))dvA DEM i A VNDiI J iJ I 再对 LDPC 译码器进行分析，分析 LDPC 译码器内 VND 与 CN PPM 解调器与 LDPC 译码器间的信息迭代。变量节点而言，VND 接收了 CND 的外部 MI 作为先验 MI，并解调器的外部 MI 作为信道信息，故 VND 的 EXIT 函数[30]：av ecI I 1 2 1 2,2( 1)[ ( )] [ ( )]dvev i av E DEMiI J i J I J I

分布情况,码长,性能图,循环次数

背景光 0.2bn ，LDPC 译码方法采用 BP 算法，PPM 解MAP 算法。内码循环次数设置为 5 次，外码循环次数设置为，以下仿真图中横坐标信噪比 10lg( ( ))s sSNR n MT。给出保护级 Nc 2，码率 R 0.5、校验节点度均为 6 时，不maxv 情况下得到度分布，如表 3.1 所示。表 3.1 不同maxdv 下的两级 UEP-LDPC 码度分布情况信息比特 C1校验比特 C2λ10=0.16, λ3=0.452 λ3=0.164, λ2=0.224λ20=0.14, λ3=0.479 λ3=0.143, λ2=0.238λ30=0.14, λ3=0.486 λ3=0.122, λ2=0.252.5 所示为不同码长情况下，两级 UEP-LDPC 码的误码性能图。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1;TN911.22

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