光通信系统中LDPC码的代数构造方法研究
随着社会信息化进程的不断推进，现有的各种视频业务以及刚刚商用化的4G对带宽需求剧增，进而对光通信系统的传输容量需求也不断增加。如何实现高可靠性、长距离、大容量、低成本的传输是高速光传输技术面临的最大挑战。信道编码技术是一种提高传输系统可靠性的有效方法。而低密度奇偶校验（Low-density Parity-check, LDPC）码作为信道编码技术中一种极其重要的参考码型，凭借其良好的纠错性能，已成为近年来信道编码技术研究的热点。准循环低密度奇偶校验（Quasi-cyclic Low-density Parity-check, QC-LDPC）码又是一种具有码长、码率选择更灵活、编码复杂度更低、在光通信系统中具有更好应用前景的LDPC码。因此，本文对光通信系统中LDPC码的代数构造方法进行了深入的研究。 本论文的选题来源于重庆市自然科学基金项目——“高速光通信系统中SFEC码型的新颖构造机理研究”，（CSTC,2010BB2409）。主要完成了以下几项工作： （1）阐述了LDPC码的基础理论原理并对LDPC码的编译码理论进行了探讨，仿真验证了影响 LDPC码纠错性能的主要因素。并对光通信系统中主要模块进行噪声分析，基于MATLAB搭建了光通信系统仿真模型，为接下来对LDPC码的代数构造方法研究以及性能仿真分析做好坚实的铺垫工作。 （2）在考虑光通信系统高码率要求的基础上，结合LDPC码代数构造方法中有限域乘法群以及循环子群的基本特性，提出了QC-LDPC码的一种新颖构造方法。并运用该新颖构造方法，构造出一种适用于光通信系统高码率要求的规则QC-LDPC（5334,4955）码。仿真分析表明：在码率为0.93时，利用此构造方法所构造出的规则QC-LDPC（5334,4955）码的纠错性能明显要优于ITU-T G.709光通信系统标准的RS（255,239）码以及ITU-T G.975.1中的LDPC（32640,30592）码。在BER=10-6时，QC-LDPC（5334,4955）码距离香农极限约1.64dB，其净编码增益（Net CodingGain,NCG）比RS（255,239）码提高了约1.61dB，同时比LDPC（32640,30592）码提高了约0.9dB，更适用于光通信系统。 （3）在进一步研究有限域的基本特性之后，结合有限域中元素的逆元特性，设计出一种满足行列约束条件的LDPC码构造方法，得到一种新颖的校验矩阵结构。结合有限域构造QC-LDPC码的方法，造出一种适用于光通信系统高码率要求的规则QC-LDPC（5334,4962）码。仿真分析表明：在码率为0.93时，利用此构造方法所构造出的规则QC-LDPC（5334,4962）码的纠错性能明显要优于RS（255,239）码。在BER=10-6时，QC-LDPC（5334,4962）码距离香农极限约1.48dB，其净编码增益比RS（255,239）码提高了约1.77dB，同时比LDPC（32640,30592）码提高了约1.06dB。该方法构造的规则QC-LDPC（5334,4962）码可考虑作为应用于光通信系统中的超强前向纠错码型中的一种候选码型。 （4）在完成基于有限域的规则QC-LDPC码构造之后，本文又进一步探究基于修饰技术的QC-LDPC码改进方案。提出一种基于计算机搜索基本矩阵中对六环数目影响权重最大的节点，利用修饰技术对权重大的某个点或者某些点进行“置零”操作，达到减少校验矩阵中六环的数目，进而提高构造出 LDPC码型纠错性能的修饰矩阵选择方案。利用本文所提出的修饰方案，对本文所提出的基于有限域构造的校验矩阵进行多次修饰改进后可知：第一次修饰和第二次修饰均有效的减少了校验矩阵中六环的数目，并改善了新的校验矩阵所构造的QC-LDPC码型的纠错性能，其中经过第一次修饰之后，基础矩阵中六环的数目减少了128个，在误码率为10-6时，采用修饰技术后得到新的校验矩阵构造出的非规则 QC-LDPC（5334,4962）-masking-1码型比修饰前的规则QC-LDPC（5334,4962）码型提高约了0.23dB的NCG，并且修饰后校验矩阵构造的码型保持了与修饰前构造码型相等的码率，仿真验证了本文所提出的修饰方案的可行性及其对修饰技术的研究具有重要的参考意义。
光通信系统;低密度奇偶校验码;误码率;代数构造方法
重庆邮电大学
硕士
物理电子学
袁建国
2014
中文
TN929.1
96
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）