自由空間光通信中的差錯控制技術研究.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、保密性強等優(yōu)點，使之成為了近年來的一個研究熱點。其被《時代》雜志選為21世紀最有應用前景的技術之一。在FSO通信中，湍流是影響其性能的一個重要因素。除此之外，通信的質量還會受到背景光噪聲、散彈噪聲、熱噪聲等影響，使得傳輸出錯，甚至通信中斷。因此，如何采用有效的差錯控制技術去保障FSO通信的可靠性與穩(wěn)定性是一個重要的研究課題。本文將針對近地中短距離

2、高速FSO通信系統(tǒng)與基于Raptor10碼的FSO通信系統(tǒng)兩種FSO通信應用需求，根據應用環(huán)境的具體特點，研究并設計了相應的差錯控制方案。并針對差錯控制方案中的無速率碼高速靈活的譯碼需求，設計了基于GPU的Spinal碼并行譯碼器。相關的研究內容如下所示：
　　1.針對近地中短距離高速FSO通信系統(tǒng)，對基于PIN光電接收機與開關鍵控（On-Off Keying,OOK）調制下的非對稱信道的噪聲特性進行分析，本文提出了用一種聯(lián)合搜索

3、算法來優(yōu)化低密度奇偶校驗（Low Density Parity Check Code，LDPC）碼度分布的方法。并利用蒙特卡洛方法對由搜索出的優(yōu)化度分布構造的LDPC碼的性能進行了驗證。仿真結果表明，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光電接收機與OOK調制的近地中短距離高速FSO通信系統(tǒng)更接近香農限，且表現出更低的錯誤平臺和更長的瀑布區(qū)，可以有效提升該系統(tǒng)的糾

4、錯性能。
　　2.為保障FSO通信質量的同時，避免傳統(tǒng)的重傳技術所需要的等待時間和緩存資源消耗，并隨著信道的變化適配無速率碼冗余符號的數量，本文提出了一種基于Q學習算法的Raptor10碼譯碼策略。該策略采用以減少冗余符號和降低誤碼率為聯(lián)合回報目標的Q學習算法，對接收端所接收的Raptor10碼冗余符號進行動態(tài)調整，并隨著譯碼經驗的不斷累積，自動提高性能。仿真結果表明與采用固定冗余度Raptor10碼和線性濾波算法相比，新方法有效

5、減少了3%的平均冗余符號數量。
　　3.針對無速率碼Spinal碼在FSO通信中的實際應用問題，以提高譯碼速度，保證譯碼參數靈活性為目的，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算編程架構CUDA，將譯碼開銷計算并行化，并使用雙調排序網絡選出最優(yōu)譯碼路徑，在加速譯碼的同時，還使得譯碼參數靈活可變，與基于FPGA的譯碼器相比參數更靈活。測試結果表明基于GPU的Spinal碼譯碼器與傳統(tǒng)的基于CPU的串行