極低信噪比下的相位差錯及其采用LDPC碼的差錯控制.pdf

1、超長距離傳輸造成深空通信的信噪比極低。為滿足功率放大器非線性要求，深空通信需采用恒包絡的多相相位調(diào)制信號。多相相位調(diào)制導致比特差錯的非均等性。低密度奇偶校驗(Low-density Parity-check，LDPC)碼能夠獲得逼近香農(nóng)限的譯碼性能，已被采納為深空通信的信道編碼碼型。因此，研究極低信噪比下的相位差錯與采用LDPC碼的差錯控制問題具有重要意義。
　　本論文首先分析BP算法的“行更新”過程，提出了復雜度優(yōu)化方案。其次，

2、分析了極低信噪比下多相信號的相位差錯特征以及非均勻相位差錯圖案的LDPC碼譯碼算法。第三，提出兩種改進的加權比特翻轉(Weighted Bit Flipping，WBF)譯碼算法，并提出一種可靠度修正方案。最后，探討了LDPC碼對數(shù)域MAP算法的物理意義，對傳統(tǒng)WBF算法的復雜度進行了優(yōu)化。針對非均勻差錯保護模式下的BP算法，又提出一種初始可靠度修正方案。
　　進一步地，本論文的主要研究工作和成果包括：
　　1.研究了LDP

3、C碼的一種簡化BP算法
　　在BP算法中，校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的可靠度信息呈現(xiàn)自然對數(shù)形式，且真數(shù)可表示成分式形式。記規(guī)則 LDPC碼的行重為dc，則該分式的分子和分母可表示成22dc?個指數(shù)的和。本文提出用小于22dc?個指數(shù)項的和來簡化BP算法的“行更新”過程，同時保持了小的性能損失。
　　2.建立了乘法器非線性影響時的相位差錯模型
　　射頻接收端實現(xiàn)混頻的乘法器的數(shù)學模型涉及雙曲正切函數(shù)。提出用泰勒級數(shù)展開的3

4、次和5次項對雙曲正切函數(shù)近似計算，得出了乘法器工作于非線性狀態(tài)時的相位誤差概率分布模型，進而得出了BP算法所需的比特對數(shù)似然比信息。
　　3.提出了兩種LDPC碼加權比特翻轉譯碼算法
　　以信息節(jié)點的幅度和作為校驗方程可靠度，提出兩種適用于行重和列重較小的LDPC碼WBF算法。仿真結果表明，在AWGN信道下，誤比特率為10-5時，相比于傳統(tǒng)的修正加權比特翻轉(Modified WBF， MWBF)和改進的MWBF(Impro

5、ved MWBF，IMWBF)算法，這兩種算法可分別獲得約1.31dB和0.95 dB的增益。同時，平均迭代次數(shù)也大大降低。
　　4.研究了可靠度修正方案
　　通過理論分析指出了基于幅度和的WBF算法的校驗方程可靠度中存在“誤差”。該“可靠度誤差”與LDPC碼的行重成正比關系，會在翻轉函數(shù)中形成“可靠度累積誤差”。提出用偏移因子對校驗方程可靠度信息進行修正，從而有效地削弱“可靠度誤差”在翻轉函數(shù)中的累積，改善了行重和列重較大

6、的LDPC碼的譯碼性能。該方案同樣適用于傳統(tǒng)的兩種基于可靠度比率的WBF算法。
　　針對LDPC編碼的MPSK系統(tǒng)，提出另外一種可靠度修正方案，有效地提高了每個比特的初始可靠度，抑制了誤差在BP算法中的傳播。
　　5.研究了LDPC碼對數(shù)域MAP算法的物理意義
　　通過理論推導得出LDPC碼對數(shù)域MAP算法的翻轉函數(shù)由兩部分構成：可靠度外信息和可靠度內(nèi)信息。低復雜度的最大對數(shù)最大后驗概率(Maximum-Logarit

7、hm MAP，Max-Log MAP)、加權一步大數(shù)邏輯和一步大數(shù)邏輯算法可通過采用不同的簡化策略對這兩部分信息進行簡化處理得到。
　　6.研究了WBF算法的提前停止迭代準則
　　首先提出用翻轉函數(shù)的符號作為停止依據(jù)，即一旦待翻轉信息節(jié)點的翻轉函數(shù)不大于零就停止迭代。鑒于IMWBF算法采用該準則時，一定數(shù)量可正確譯碼的幀被誤停，又提出一種混合提前停止準則。在此準則中，如果待翻轉信息節(jié)點的翻轉函數(shù)不大于零，但翻轉后能使伴隨式的