自由空間光通信中的差錯(cuò)控制技術(shù)研究.pdf

1、自由空間光（Free-space Optical,FSO）通信所具有的通信速率高、發(fā)散角小、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使之成為了近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。其被《時(shí)代》雜志選為21世紀(jì)最有應(yīng)用前景的技術(shù)之一。在FSO通信中，湍流是影響其性能的一個(gè)重要因素。除此之外，通信的質(zhì)量還會(huì)受到背景光噪聲、散彈噪聲、熱噪聲等影響，使得傳輸出錯(cuò)，甚至通信中斷。因此，如何采用有效的差錯(cuò)控制技術(shù)去保障FSO通信的可靠性與穩(wěn)定性是一個(gè)重要的研究課題。本文將針對(duì)近地中短距離

2、高速FSO通信系統(tǒng)與基于Raptor10碼的FSO通信系統(tǒng)兩種FSO通信應(yīng)用需求，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的具體特點(diǎn)，研究并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的差錯(cuò)控制方案。并針對(duì)差錯(cuò)控制方案中的無(wú)速率碼高速靈活的譯碼需求，設(shè)計(jì)了基于GPU的Spinal碼并行譯碼器。相關(guān)的研究?jī)?nèi)容如下所示：
　　1.針對(duì)近地中短距離高速FSO通信系統(tǒng)，對(duì)基于PIN光電接收機(jī)與開(kāi)關(guān)鍵控（On-Off Keying,OOK）調(diào)制下的非對(duì)稱(chēng)信道的噪聲特性進(jìn)行分析，本文提出了用一種聯(lián)合搜索

3、算法來(lái)優(yōu)化低密度奇偶校驗(yàn)（Low Density Parity Check Code，LDPC）碼度分布的方法。并利用蒙特卡洛方法對(duì)由搜索出的優(yōu)化度分布構(gòu)造的LDPC碼的性能進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，與CCSDS、802.11n、802.16e等協(xié)議中的LDPC碼相比，本文提出的LDPC碼優(yōu)化度分布在基于PIN光電接收機(jī)與OOK調(diào)制的近地中短距離高速FSO通信系統(tǒng)更接近香農(nóng)限，且表現(xiàn)出更低的錯(cuò)誤平臺(tái)和更長(zhǎng)的瀑布區(qū)，可以有效提升該系統(tǒng)的糾

4、錯(cuò)性能。
　　2.為保障FSO通信質(zhì)量的同時(shí)，避免傳統(tǒng)的重傳技術(shù)所需要的等待時(shí)間和緩存資源消耗，并隨著信道的變化適配無(wú)速率碼冗余符號(hào)的數(shù)量，本文提出了一種基于Q學(xué)習(xí)算法的Raptor10碼譯碼策略。該策略采用以減少冗余符號(hào)和降低誤碼率為聯(lián)合回報(bào)目標(biāo)的Q學(xué)習(xí)算法，對(duì)接收端所接收的Raptor10碼冗余符號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，并隨著譯碼經(jīng)驗(yàn)的不斷累積，自動(dòng)提高性能。仿真結(jié)果表明與采用固定冗余度Raptor10碼和線(xiàn)性濾波算法相比，新方法有效

5、減少了3%的平均冗余符號(hào)數(shù)量。
　　3.針對(duì)無(wú)速率碼Spinal碼在FSO通信中的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，以提高譯碼速度，保證譯碼參數(shù)靈活性為目的，本文提出了一種基于GPU的Spinal碼譯碼器。該譯碼器方案采用并行計(jì)算編程架構(gòu)CUDA，將譯碼開(kāi)銷(xiāo)計(jì)算并行化，并使用雙調(diào)排序網(wǎng)絡(luò)選出最優(yōu)譯碼路徑，在加速譯碼的同時(shí)，還使得譯碼參數(shù)靈活可變，與基于FPGA的譯碼器相比參數(shù)更靈活。測(cè)試結(jié)果表明基于GPU的Spinal碼譯碼器與傳統(tǒng)的基于CPU的串行