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基于FEC的LDPC编码在远距离光通信系统中的研究.doc

基于FEC的LDPC编码在远距离光通信系统中的研究

陈规箴
2017-11-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于FEC的LDPC编码在远距离光通信系统中的研究doc》,可适用于综合领域

基于FEC的LDPC编码在远距离光通信系统中的研究基于的编码在远距离光通信系统中的研究FECLDPC梅艳张跃进展爱云南昌华东交通大学信息工程学院,,,摘要FECLDPCFEC,在研究超强的编码在光通信中的应用性能分析的基础上设计了采用超强技术的OTULDPCLDPC给出了编码器与译码器具体设计最后进行了实验方案分析和码型在远距离光通信系统中的仿真。关键词DPCFECL,远距离光通信系统中图分类号文献标识码文章编号,,A,,,TNResearchaboutLDPCcodinginultralonghaulopticalcommunicationsystemsbasedonFECMEIan,ZHNGuen,ZHNyunYAYjiAAi(SchoolofInformationEngineering,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang,China)analysissuperFECforLDPCcodingapplicationsinopticalcommunicationsperforBasiconAbstract:mance,designedtheOUT,andgiventhespecificdesofigthenLDPCencoderanddecoderFinally,analysistheexperimentalprogramandtypeLDPCcodesinthelongdistanceopticalcommunicationsystemsimulationLDPClongdistanceopticalcommunicationsystemFECsKeywords:码在性能上有很大好的应用前景结构不同的。LDPC引言差异并且编译码复杂度也有很大区别如何构造性,,随着光通信系统的传输容量传输速率和传输距、能优异而且编译码复杂度低的码一直是近年来LDPC离的日益发展和不断提升及其大规模的应用光通信,的一个研究热点。系统中光纤的色散偏振模色散与非线性效应、,PMD,就会日益增大各路光信号之间的串扰信号的同步,,、定时与恢复问题也会日益严峻而且光放大器中放大基于技术的方案设计,FECOTU自激辐射噪声和双重瑞利背向散射噪声,ASE,,DRB,光通信系统从诞生初始人们就期望着其向更高,等的积累也会日益加剧在这种情况下具有更强纠。,速更高传输容量与更远距离方向发展但是光纤中、,错性能的超强前向纠错编码技术在光通信系统,FEC,的传输效应如色散偏振模色散和非线性效应诸如,、中就会起着越来越重要的作用低密度奇近几年来。,四波混频受激喇曼散射受激布里渊散射等成为限、、,偶校验码成为,LowDensityParityCheckCode,LDPC,制系统性能的主要因素而且光通信容量的扩大也会超强纠错码的典型代表码是一种新的高性能,,LDPC纠错码纠错能力极强是目前最逼近香农限的一类,,引起一系列诸如各路光信号之间的串扰和信号的同步定时恢复等问题这些问题会导致光通信系统中、、。通信可靠性的降低码已成为第四代移动通信编码技术中的首选误码的产生降低通信的可靠性,。LDPC,。码性能优异多路复用的大规模应形式简洁非常容易实现系统复杂度最终又制约了通信质量的提高,,,、低相比传统的纠错码它具有很优异的特点具有良,,,用以及通信设备成本的降低等因而会阻碍光通信系,统的发展业界开始致力于改善器件性能加大因此。,,收稿日期,。基金项目江西省教育厅青年科学基金项目资助华东交通,(GJJ),信号发射端功率等措施的研究以降低这些不利因素,大学校立科研课题资助,XX,。的影响加大发射功率会使光通信系统中非线但是。,作者简介梅艳女讲师硕士主要研究方向光通信技术,,,,,,,、GPS接收机宽带无线通信、。性效应严重增大从而引发更多的噪声甚至使接收,,端光信噪比下降因此这不是理想的方案,,。地位的自发辐射噪声对噪声来讲在而事实上因此可采用并行运算最后综也会成倍增加的缺点。,,,,、ASE研究光通信系统中的时它可以近似看成高斯白合输出数据的方法编码器硬件实现本设计中FEC,。LDPC的整体结构采用图所示框图。噪声光通信系统的,信道模型可以近似成加性高斯白噪声信道,AWGN,。FEC技术就是用在传输系统中信息收发端的技图编码器整体结构图LDPC术因此在光收发单,,元设计中采用,OUT,图采用的结构FECOTU因为是一种分组编码方式所以把输入的,LDPC每数据流通过分组模块划分成长度相同的分组,,k技术比较合适它可以保证光信号更加可靠的传,FEC位比特分为一组待编码的信息即可得到分组信息序,图为采用技术的结构示意图输。。FECOTU列对每一个分组数据流通过串并变换模块后得到。,,图中远距离光接收模块的接收部分作为系统,并行输出的位信息比特然后输入编码模块得到k,,并行输出的位校验比特经并串变换模块得到串行r,端的光口送将系统传输过来的光信号变成电信号,,输出的位校验比特位信息比特和位校验最后r,,kr给时钟提取和数据再定时模块光网络如果在。WDM中传输由于现有技术的限制还做不到很高速率上的,就得到了相应分组信息的编码码比特经复用模块,编译码处理此时要加入解复用模块将高速的FEC,,串行信号解复用为低速的并行信号再利用多个,FEC字所有的分组信息经过编码流程后得到输出的码字。编译码器对数据进行并行的编译码处理对一比如。,序列译码器的整体结构与编码结构相似区别。,LDPC在于译码模块和解复用模块译码的模块整体结构图,高速信号来说个要进行编码处理的首先将如图所示,。Gbs信号解复用成路信号然后将它,GbsMbs们并行地送入个编码器进行处理接着将处FEC,理好的数据复用成大于具体的数值取决于采,Gbs用码型的冗余的信号再经过复用模块复用FEC,,。由于光纤信道属于高信噪比信道而且一般要求对一信道的输出误码率很低并且具有较低的冗余度。个要译码处理的大于具体的数值取决于采用,Gbs图译码器整体结构图LDPC码型的冗余度的信号也是首先解复用成路FEC,,大于具体值取决于采用码型的冗余度Mbs,FEC,译码器的整体结构与编码器相似主要区别就是,的信号然后送入个译码器并行处理再将处,FEC,译码模块译码器主要由以下几个重要模块构成控。,理的结果复用成的信号最后送入远距离的发Gbs,制信号状态机模块迭代运算中的垂直,FSMCTRL,、送模块将电信号转换成光信号发送出去模块。FPGA步骤运算模块和水平步骤运算,BitCheck,除了完成编解码工作外还负责完成数据的写入和读,出控制并提供扩展的口等与微控制单元模块数据存储模块数,IO,,MCU,,,、,,,、CheckBitRegHRegV据存储顺序重排模块协同工作模块完成与网管的通信,BCInterleaver,CBInterleaver,在很多系统。MCU。矩阵校验模块以及数据BPInterleaver,、,Parity,CHK,中远距离的光接收模块和远距离的光发送模块构成输入输出模块其中模块接收当前模块的光收发一体模块有些系统中的光收发一体模块中包。,FSMCTRL,完成标志信号并控制使能下一个模块的工作信号括时钟提取和数据的再定时功能,,这时传输线路中,,它是译码器的核心控制模块控制着译码器的正确运,的时钟提取和数据再定时模块则不需要。行模块完成垂直步骤运算功能,,,,BitCheckBC模块完成水平步骤运算功能,,,CheckBitCBBCIn模块用来将模块运算生成的数据进行重terleaverBC编码器与译码器设计LDPC排按水平步骤运算取数据的顺序存入到模,RegV在设计模块中编码功能时考虑到FPGA,LDPC年第期訛輧輱块模块用来将模块运算生成的性能进行仿真并将它与一个随机生成同样长度的,,、CBInterleaverCB数据进行重排按垂直步骤运算取数据的顺序存入到,码进行比较正则具有下三角形式校验矩,,,。LDPC模块模块用来将判决出的码字RegH,BPInterleaver阵的码作为整个码集合中的一个子集,LDPCLDPC按校验顺序输入到矩阵校验模块参加校验模,RegV其中任意一个码的纠错性能都以很大概率不差于整块用来存储垂直步骤运算得到的数据模块用,RegH个码集合的平均纠错性能而能够实现线性编,LDPC来存储水平步骤运算得到的数据模块用,ParityCHK码则使其在实际应用中更加具有优势而且码。,LDPC来检验判决输出的数据是否满足校验矩阵为了更清对应的图结构中围长的大小和环长分布对该码的纠。楚的描述总体流程控制信号模块以及控制信号没有错性能有着重要的影响因此具有较大围长和较好,,,加进总体框图中去。环长分布的码能减弱消息的非独立性对译码性LDPC能的影响可以先利用现有的其它方法生成具为此。,码有较大围长的然后在对其校验矩阵进行行,LDPC实验方案分析列置换并尽量保持码原有的度序列分布,。LDPC根据光通信系统日益向更高速率高大容量和更、仿真结果表明构造的码具有良好的纠错,LDPC长传输距离的迅猛发展趋势以及技术在光通信FEC能力有较低的密度且长码长低码率的码具有,、LDPC系统中的应用发展现状与趋势需要集中探讨适用于,光通信系统中超强码型的构造原理与原则构造FEC、更优异的性能当最大迭代次数超过一定次数后,,LD码的性能不再随着最大迭代次数的增加而改善。PC算法及其纠错性能与具体实现方案实验方案主要。码对码字中各个比特的保护能力并不相同应,LDPC考虑通过建模的方法验证编码的超强纠错能LDPC当优化设计码的码结构以增强对信息比特的,LDPC分析构造的码型对光通信系统中的相关参力,LDPC保护码的分析理论大多都是考虑当码长趋于,LDPC数例如误码率的影响进行仿真分利用,,,MATLAB析然后对构造的码型利用方式进行编,LDPCFPGA无穷时的渐进性能码使需要构造长度有限的,LDPC其具有最优的纠错性能在光通信系统实际应因此。,码实现本文提出针对高速远距离光通信中采用。LD用中使用既具有线性的编译码复杂度又具有较强的,超强纠错能力的编码方案编码由于采用了。PCLDPC方案能够延长光信号传输距离降低光发射机发射,,码是可能的纠错能力的。LDPC功率等优点提高了通信系统的传输性能由于同时,。,采用方式实现编译码所以不需要更改结束语,FPGALDPC原来的光通信网络通过研究超强码型在光通信中的应实际使用的意义较大而且这一,,FECLDPC技术也可以在其它的通信系统中应用。用使其获得了更高的净编码增益和更强的纠错性能,具体实现过程如下首先通过理论分析适用于,,以及对光通信系统中的改善满足在高速率的信,BER光通信系统中超强码型对光通信系统进行软件FEC,道的传输要求使系统的传输距离达到实用化可避,,建模对的各种参数进行仿真分析选择适合光,LDPC,免在系统中采用昂贵复杂的色散补偿技术能减少、,通信系统的参数模型对构造出的码进行,LDPCFP昂贵的中继器数目可降低光通信网络的投资成本,。设计实现为了研究信道编码对光通信系统性能。GA的影响情况采用码并分别针对不同的码长不参考文献,、,LDPC同的码率不同的最大迭代次数不同的译码算法下、、袁建国,汤晓斌,叶文伟光通信系统中前向纠错码的一种改进方案系统性能进行了仿真与分析。J光通信技术,,():袁东风刚码理论与应用北京人民邮电出版社张海,LDPCM,如果一个码的校验矩阵是一个稀疏的下三LDPC角矩阵该码就有可能实现线性编码但对任意给定,。SMITHB,ARDAKANIMDesignofirregularLDPCcodewsithopti的码将其校验矩阵变换成为下三角形式并保,LDPCmzedperormancecomplexitytradeoffJIEEETransonCommunif,():持矩阵的稀疏性是一件非常困难的事情通常的。原桂龙前向纠错编码和偏振扰偏器在Gbs高速光通信系统中可以采用直接构造法生成码都是随机构造的,LDPC的应用D北京,北京交通大学,:一个长度为的码该码的校验矩阵的行重,LDPC王伟QCLDPC码在光纤通信中应用的研究D成都,电子科技大基本上均为列重基本上均为因而可以近似看作,,学,:是一个码对其在高斯信道下对其的正则,,,LDPC。

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