極低信噪比下的相位差錯(cuò)及其采用LDPC碼的差錯(cuò)控制.pdf

1、超長(zhǎng)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(luò)的多相相位調(diào)制信號(hào)。多相相位調(diào)制導(dǎo)致比特差錯(cuò)的非均等性。低密度奇偶校驗(yàn)(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(cuò)與采用LDPC碼的差錯(cuò)控制問(wèn)題具有重要意義。
　　本論文首先分析BP算法的“行更新”過(guò)程，提出了復(fù)雜度優(yōu)化方案。其次，

2、分析了極低信噪比下多相信號(hào)的相位差錯(cuò)特征以及非均勻相位差錯(cuò)圖案的LDPC碼譯碼算法。第三，提出兩種改進(jìn)的加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)(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(duì)數(shù)域MAP算法的物理意義，對(duì)傳統(tǒng)WBF算法的復(fù)雜度進(jìn)行了優(yōu)化。針對(duì)非均勻差錯(cuò)保護(hù)模式下的BP算法，又提出一種初始可靠度修正方案。
　　進(jìn)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(jiǎn)化BP算法
　　在BP算法中，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞給信息節(jié)點(diǎn)的可靠度信息呈現(xiàn)自然對(duì)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(gè)指數(shù)的和。本文提出用小于22dc?個(gè)指數(shù)項(xiàng)的和來(lái)簡(jiǎn)化BP算法的“行更新”過(guò)程，同時(shí)保持了小的性能損失。
　　2.建立了乘法器非線性影響時(shí)的相位差錯(cuò)模型
　　射頻接收端實(shí)現(xiàn)混頻的乘法器的數(shù)學(xué)模型涉及雙曲正切函數(shù)。提出用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的3

4、次和5次項(xiàng)對(duì)雙曲正切函數(shù)近似計(jì)算，得出了乘法器工作于非線性狀態(tài)時(shí)的相位誤差概率分布模型，進(jìn)而得出了BP算法所需的比特對(duì)數(shù)似然比信息。
　　3.提出了兩種LDPC碼加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)譯碼算法
　　以信息節(jié)點(diǎn)的幅度和作為校驗(yàn)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(jié)果表明，在AWGN信道下，誤比特率為10-5時(shí)，相比于傳統(tǒng)的修正加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)(Modified WBF， MWBF)和改進(jìn)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(shí)，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(guò)理論分析指出了基于幅度和的WBF算法的校驗(yàn)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(guān)系，會(huì)在翻轉(zhuǎn)函數(shù)中形成“可靠度累積誤差”。提出用偏移因子對(duì)校驗(yàn)方程可靠度信息進(jìn)行修正，從而有效地削弱“可靠度誤差”在翻轉(zhuǎn)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(duì)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(gè)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(duì)數(shù)域MAP算法的物理意義
　　通過(guò)理論推導(dǎo)得出LDPC碼對(duì)數(shù)域MAP算法的翻轉(zhuǎn)函數(shù)由兩部分構(gòu)成：可靠度外信息和可靠度內(nèi)信息。低復(fù)雜度的最大對(duì)數(shù)最大后驗(yàn)概率(Maximum-Logarit

7、hm MAP，Max-Log MAP)、加權(quán)一步大數(shù)邏輯和一步大數(shù)邏輯算法可通過(guò)采用不同的簡(jiǎn)化策略對(duì)這兩部分信息進(jìn)行簡(jiǎn)化處理得到。
　　6.研究了WBF算法的提前停止迭代準(zhǔn)則
　　首先提出用翻轉(zhuǎn)函數(shù)的符號(hào)作為停止依據(jù)，即一旦待翻轉(zhuǎn)信息節(jié)點(diǎn)的翻轉(zhuǎn)函數(shù)不大于零就停止迭代。鑒于IMWBF算法采用該準(zhǔn)則時(shí)，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(zhǔn)則。在此準(zhǔn)則中，如果待翻轉(zhuǎn)信息節(jié)點(diǎn)的翻轉(zhuǎn)函數(shù)不大于零，但翻轉(zhuǎn)后能使伴隨式的