可见光通信中QC-LDPC码编译码算法与实现
发布时间：2020-11-15 09:18
可见光通信(VLC)技术,是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的一种通信技术,也就是说,通过LED实现通讯的功能。但是,在VLC系统的信道传输中,采用不同的编码及译码方法将会直接影响通信的性能。本文针对信道的编译码展开研究,为了消除光源光线或噪声等因素对VLC系统产生的干扰,保证VLC系统在较低误码率下具有较高的安全性与可靠性,将准循环LDPC(QC-LDPC)码引入VLC系统中。QC-LDPC码作为一种已被发现并长期使用的编码方法,由于其接近香农限的无限纠错能力,已被广泛应用于DVB-S2、CMMB、Wi-Fi等通信系统中。本文首先分析了QC-LDPC码的研究背景,根据对国内外研究现状的分析,确定了本文的研究对象,然后在VLC系统的基础上对VLC信道进行建模并确定信道参数。本文采用并行结构对QC-LDPC码进行构造,考虑到编码复杂度、吞吐量等因素,采用了基于移位寄存器的编码方式,通过对传统的和积译码算法的分析,在分层TDMP算法的基础上提出了一种改进的译码算法,在加快了译码的速度同时减少了迭代次数。论文使用Verilog语言完成了QC-LDPC码编译码器的RTL级设计并在Altera公司的FPGA/EP4CE15E22C8上完成了验证,在系统时钟为50MHz,码长为3920,码率为0.92的条件下,对编译码器的吞吐量进行评估,其中编码器可达49.94Mbps,译码器可达54.12Mbps,较改进前提高了约6%,能够很好的应用于VLC系统中。图[48]表[5]参[51]
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.1;TN911.22
【部分图文】：
根据以上欧式几何构造的简要示例中可以看出，在构造 QC-LDPC 码的过程中最重要的是找到基矩阵。为了更好的说明各种 QC-LDPC 码构造校验矩阵的优劣，现以 Mackay 构造法PEG 构造法和欧式几何构造法这三种不同的构造法为例，将其作比较，说明哪种构造方法构造的矩阵性能更好一些。规定仿真的前提条件：调制方式是 BPSK 调制、信道是均值为 0 的加性高斯白噪声(AWGN)，其功率谱密度是0N / 2。系统仿真框图如图 17 所示。QC-LDPC码编码QC-LDPC码译码BPSK调制BPSK解调kckukxAWGN信道N(0,N0/2)kxkcku图 17 仿真过程示意图Fig.17 Schematic diagram of simulation process
安徽理工大学硕士学位论文( ) ( 1) ( 1),2 ,2 ,2( )\( )\( ) min ( )i j j i j ij i jj i jk k kc v v c v cv N c vv N c vL sign R R (3-1( ) ( 1) ( 1),2 ,2 ,2( )\( )\( ) max{ min ( ) ,0}i j j i j ij i jj i jk k kc v v c v cv N c vv N c vL sign R R (3-2为例更好的说明改进的 SP 算法的优势所在，以 NMSA 算法为例，将信道噪比设置为 SNR=2dB,不同的修正因子 对应的 BER 如图 19 所示。
图 20 LDPC 码译码算法性能比较Fig.20 Performance comparison of LDPC decoding algorithms对比 NMSA 算法和改进的译码算法，由于这两种算法是在 SP 算法上优化的，因此，这两种算法误码率曲线一直很接近，相差不大，虽然 NMSA 算法能相对来说要更好一些，但是改进的译码算法迭代次数要更少一些；对比 SP 和改进的译码算法，当-5BER=10 时，这两种算法的信噪比差值约为0.1dB，但据 3.2.1 节中 SP 算法的数学模型，信息位( )jvI 内部含有对数函数和指数函数，计算量巨大，这也就是 SP 算法没有被大规模使用的一个重要原因。综合以上三种译码算法的 MATLAB 仿真波形，由于 SNR 的有效范围控制dB 以内，三种译码算法中，变化最为明显的是改进的译码算法。因此，本文从器硬件整体实现的复杂度和迭代次数入手，选择改进的译码算法作为本文的译码算法。3.4 本章小结
【参考文献】
本文编号：2884599
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.1;TN911.22
【部分图文】：
根据以上欧式几何构造的简要示例中可以看出，在构造 QC-LDPC 码的过程中最重要的是找到基矩阵。为了更好的说明各种 QC-LDPC 码构造校验矩阵的优劣，现以 Mackay 构造法PEG 构造法和欧式几何构造法这三种不同的构造法为例，将其作比较，说明哪种构造方法构造的矩阵性能更好一些。规定仿真的前提条件：调制方式是 BPSK 调制、信道是均值为 0 的加性高斯白噪声(AWGN)，其功率谱密度是0N / 2。系统仿真框图如图 17 所示。QC-LDPC码编码QC-LDPC码译码BPSK调制BPSK解调kckukxAWGN信道N(0,N0/2)kxkcku图 17 仿真过程示意图Fig.17 Schematic diagram of simulation process
安徽理工大学硕士学位论文( ) ( 1) ( 1),2 ,2 ,2( )\( )\( ) min ( )i j j i j ij i jj i jk k kc v v c v cv N c vv N c vL sign R R (3-1( ) ( 1) ( 1),2 ,2 ,2( )\( )\( ) max{ min ( ) ,0}i j j i j ij i jj i jk k kc v v c v cv N c vv N c vL sign R R (3-2为例更好的说明改进的 SP 算法的优势所在，以 NMSA 算法为例，将信道噪比设置为 SNR=2dB,不同的修正因子 对应的 BER 如图 19 所示。
图 20 LDPC 码译码算法性能比较Fig.20 Performance comparison of LDPC decoding algorithms对比 NMSA 算法和改进的译码算法，由于这两种算法是在 SP 算法上优化的，因此，这两种算法误码率曲线一直很接近，相差不大，虽然 NMSA 算法能相对来说要更好一些，但是改进的译码算法迭代次数要更少一些；对比 SP 和改进的译码算法，当-5BER=10 时，这两种算法的信噪比差值约为0.1dB，但据 3.2.1 节中 SP 算法的数学模型，信息位( )jvI 内部含有对数函数和指数函数，计算量巨大，这也就是 SP 算法没有被大规模使用的一个重要原因。综合以上三种译码算法的 MATLAB 仿真波形，由于 SNR 的有效范围控制dB 以内，三种译码算法中，变化最为明显的是改进的译码算法。因此，本文从器硬件整体实现的复杂度和迭代次数入手，选择改进的译码算法作为本文的译码算法。3.4 本章小结
【参考文献】
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本文编号：2884599
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