近地弱湍流信道无线光通信Polar码编码调制性能分析与实现
发布时间：2020-12-15 09:57
极化码自从被证明有着可以严格达到信道容量的性质之后,国内外学者对于极化码的研究热度就一直非常高。随着国际移动通信化组织（The 3rd Generation Partnership Project,3GPP）在2016年将极化码确定为5G（the 5th Generation）控制信道的编码标准后,极化码得到了进一步的应用。但是,从目前国内外公开的文献来看,对于极化码在无线光通信领域的研究尤其是基于大气湍流信道下的研究并不是很多,因此开展在近地弱湍流信道下极化码的编码调制性能的分析和实验具有一定的研究意义。首先对信息论的部分基础知识包括通信系统模型、常用信道进行了简单的阐述。然后对极化码的生成原理进行了分析与研究,对形成极化信道的三个部分:信道合成、信道分裂以及最终的信道极化进行了详细的分析。之后论文对能够在空间光通信传输过程中造成较大干扰的大气湍流效应进行了介绍,同时针对本文研究所需要使用的极化码传输信道——近地弱湍流信道进行了详细的阐述,并且完成了近地弱湍流信道的gamma-gamma模型的建立。随后,论文对于极化码的几种构造方法:巴氏参数估计法、密度进化法、蒙特卡罗构造法和高斯近...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
turbo码编码原理结构图
诵脑谟谛诺兰??砺踇5]，在最初的信道极化理论中，采用的是一个离散二进制无记忆信道，将它进行多次复用以及合并分离，从而使原本互相独立的各个信道转化成具有关联关系的极化信道。信道极化操作会使得极化后的子信道产生一种两极分化现象，使得其中的一部分信道的容量会趋近于1，而另一部分的信道容量则会趋于0。通过在信道容量为1的完美信道上传输信息比特，便能够有效的逼近信道容量。1.2研究背景及研究意义数字通信系统主要涉及的技术有信源编译码，加密解密，调制解调，信道编译码，交织与解交织等，其具体结构如下图1-2所示。图1-2数字通信系统模型其中，本文所研究的领域主要集中在信道编码[6]领域，信道编码提高信息传输可靠性的手段之一就是增加冗余，这种方法能够有效的提高信息的抗干扰能力信道编码作为通信系统中用来进行差错控制的主要手段，毫无疑问是通信领域的核心技术之一。但是，信道编码在增加校验码或者纠错码的同时，必然增大了传输码字的码长，同时也会使得传输的码字中，真正有效的信息码字部分占整个传输码字的比率就会变小，因此，信道编码虽然能够提高信息传输的可靠性，但同时也会降低传输信息的有效性。香农第二定理指出[7]，当信道的信息传输速率不超过信道容量时，采用合适的编码方法可以实现任意高的传输可靠性，但若信息传输率超过了信道容量，就无法实现可靠的信道传输。因此，如何在一个不够可靠的信道上完成信息的可靠传输就成为了现代通信技术的研究重点[2]，这就引发了人们对于纠错编码技术的研究，此
电子科技大学硕士学位论文4还能够应用在对误码率的要求更低的通信系统中。此后，研究学者们还提出了LDPC码的很多种衍生形式包括多元LDPC码，LDPC卷积码等等。图1-3给出了一种LDPC码的校验矩阵和Tanner图。图1-3LDPC码的校验矩阵和Tanner图二十世纪九十年代初，在级联码和卷积码的基础上，将卷积和交织结合在一起的Turbo码应运而生，与LDPC码类似，Turbo码在长编码领域展现了其出色的编码性能。Turbo码根据采用不同的编码方式[12]作为分量码可以分为两种形式，常用的Turbo码是以卷积码作为分量码的，还有一种称为Turbo乘积码的编码方式则是以级联码作为分量码。文献[4]完成了对Turbo码的性能仿真，仿真结果显示，将码率为0.5的Turbo码在AWGN信道上传输时，它的传输性能和信道容量之间只差0.5dB。Turbo码也凭借其出色的性能和较低的编解码复杂度，而在3G移动通信标准的选择中脱颖而出。在当时，LDPC码和Turbo码是唯二的两种最接近信道容量的编码方案，但是却始终无法被证明能够严格达到信道容量。其中LDPC码在码长无限长的极限情况下，它距离达到香农限仍然有0.0045dB的性能差距，因此，在通信性能的提升上，理论上是仍然能够继续寻找新的编码方案来破除这一瓶颈的。自2008年，Arikan教授提出信道极化的概念之后[1]，紧接着又提出了极化码这一概念，同时，极化码也被证明能够严格的达到香农限，在当时的信道编码领域掀起了一股新的研究热情。在2016年，因为其独一无二的编码性能，极化码在中国华为公司的提议下，成为了5G控制信道的编码标准。在对国内外文献的分析研究中发现，在目前公开发表的国内外文献中，对于极化码的研究大都基于微波和毫米波频道，而对于激光无线光通信领域的极化码研究却很少，在这之前，空间光通信的编码大多采用LDPC
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FSO系统极化码的改进译码方案研究[J]. 张晗,涂巧玲,王为,曹阳,彭小峰,罗运桓. 激光与红外. 2017(12)
[2]一种适用于大气弱湍流信道的极化纠错编码调制方案[J]. 邵军虎,柯熙政,陈强. 电子学报. 2016(08)
博士论文
[1]Polar码译码算法的分析与研究[D]. 洪银芳.西安电子科技大学 2017
[2]极化码构造与译码算法研究[D]. 吴道龙.西安电子科技大学 2016
[3]极化码的译码算法研究及其应用[D]. 张亮.浙江大学 2016
硕士论文
[1]极化码及其在无线通信中的应用[D]. 李一鸣.电子科技大学 2019
[2]抗弱湍信道干扰Polar码性能分析及实现[D]. 姜宇驰.电子科技大学 2019
[3]湍流环境下自由光通信系统性能研究[D]. 张敏.中北大学 2018
[4]光通信中极化码的应用研究[D]. 陈玄玄.西安电子科技大学 2017
[5]极化码的译码算法研究[D]. 田佳佳.电子科技大学 2016
本文编号：2918085
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
turbo码编码原理结构图
诵脑谟谛诺兰??砺踇5]，在最初的信道极化理论中，采用的是一个离散二进制无记忆信道，将它进行多次复用以及合并分离，从而使原本互相独立的各个信道转化成具有关联关系的极化信道。信道极化操作会使得极化后的子信道产生一种两极分化现象，使得其中的一部分信道的容量会趋近于1，而另一部分的信道容量则会趋于0。通过在信道容量为1的完美信道上传输信息比特，便能够有效的逼近信道容量。1.2研究背景及研究意义数字通信系统主要涉及的技术有信源编译码，加密解密，调制解调，信道编译码，交织与解交织等，其具体结构如下图1-2所示。图1-2数字通信系统模型其中，本文所研究的领域主要集中在信道编码[6]领域，信道编码提高信息传输可靠性的手段之一就是增加冗余，这种方法能够有效的提高信息的抗干扰能力信道编码作为通信系统中用来进行差错控制的主要手段，毫无疑问是通信领域的核心技术之一。但是，信道编码在增加校验码或者纠错码的同时，必然增大了传输码字的码长，同时也会使得传输的码字中，真正有效的信息码字部分占整个传输码字的比率就会变小，因此，信道编码虽然能够提高信息传输的可靠性，但同时也会降低传输信息的有效性。香农第二定理指出[7]，当信道的信息传输速率不超过信道容量时，采用合适的编码方法可以实现任意高的传输可靠性，但若信息传输率超过了信道容量，就无法实现可靠的信道传输。因此，如何在一个不够可靠的信道上完成信息的可靠传输就成为了现代通信技术的研究重点[2]，这就引发了人们对于纠错编码技术的研究，此
电子科技大学硕士学位论文4还能够应用在对误码率的要求更低的通信系统中。此后，研究学者们还提出了LDPC码的很多种衍生形式包括多元LDPC码，LDPC卷积码等等。图1-3给出了一种LDPC码的校验矩阵和Tanner图。图1-3LDPC码的校验矩阵和Tanner图二十世纪九十年代初，在级联码和卷积码的基础上，将卷积和交织结合在一起的Turbo码应运而生，与LDPC码类似，Turbo码在长编码领域展现了其出色的编码性能。Turbo码根据采用不同的编码方式[12]作为分量码可以分为两种形式，常用的Turbo码是以卷积码作为分量码的，还有一种称为Turbo乘积码的编码方式则是以级联码作为分量码。文献[4]完成了对Turbo码的性能仿真，仿真结果显示，将码率为0.5的Turbo码在AWGN信道上传输时，它的传输性能和信道容量之间只差0.5dB。Turbo码也凭借其出色的性能和较低的编解码复杂度，而在3G移动通信标准的选择中脱颖而出。在当时，LDPC码和Turbo码是唯二的两种最接近信道容量的编码方案，但是却始终无法被证明能够严格达到信道容量。其中LDPC码在码长无限长的极限情况下，它距离达到香农限仍然有0.0045dB的性能差距，因此，在通信性能的提升上，理论上是仍然能够继续寻找新的编码方案来破除这一瓶颈的。自2008年，Arikan教授提出信道极化的概念之后[1]，紧接着又提出了极化码这一概念，同时，极化码也被证明能够严格的达到香农限，在当时的信道编码领域掀起了一股新的研究热情。在2016年，因为其独一无二的编码性能，极化码在中国华为公司的提议下，成为了5G控制信道的编码标准。在对国内外文献的分析研究中发现，在目前公开发表的国内外文献中，对于极化码的研究大都基于微波和毫米波频道，而对于激光无线光通信领域的极化码研究却很少，在这之前，空间光通信的编码大多采用LDPC
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FSO系统极化码的改进译码方案研究[J]. 张晗,涂巧玲,王为,曹阳,彭小峰,罗运桓. 激光与红外. 2017(12)
[2]一种适用于大气弱湍流信道的极化纠错编码调制方案[J]. 邵军虎,柯熙政,陈强. 电子学报. 2016(08)
博士论文
[1]Polar码译码算法的分析与研究[D]. 洪银芳.西安电子科技大学 2017
[2]极化码构造与译码算法研究[D]. 吴道龙.西安电子科技大学 2016
[3]极化码的译码算法研究及其应用[D]. 张亮.浙江大学 2016
硕士论文
[1]极化码及其在无线通信中的应用[D]. 李一鸣.电子科技大学 2019
[2]抗弱湍信道干扰Polar码性能分析及实现[D]. 姜宇驰.电子科技大学 2019
[3]湍流环境下自由光通信系统性能研究[D]. 张敏.中北大学 2018
[4]光通信中极化码的应用研究[D]. 陈玄玄.西安电子科技大学 2017
[5]极化码的译码算法研究[D]. 田佳佳.电子科技大学 2016
本文编号：2918085
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