[发明专利]一种适用于深空光通信系统的原模图码

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于深空光通信系统的原模图码，属于编码技术。

背景技术

由于波束扩散带来的巨大功率损失使得在深空距离上的通信变得极其困难，并且随着距离的增加，通信的难度也呈二次方增长。因此，功率有效的脉冲位置（PPM）调制和信道编码的联合设计在深空光通信中得到了人们的亲睐。LDPC码强大的纠错能力使得它们在PPM调制的光通信系统中得到应用。比特交织编码调制-迭代解码（BICM-ID）在加性高斯白噪声（AWGN）信道和瑞利衰落信道下均能取得优异的性能。

图1给出了一个LDPC编码的BICM-ID系统的框图。如图所示，LDPC编码器首先对信息序列进行编码，得到编码后的序列u；序列u经过比特交织后被送到PPM调制器进行调制。对于M进制的PPM，每log₂(M)个连续的比特映射为一个M时隙的PPM符号。在这M个时隙中，只有一个是有脉冲的，其它的M-1个时隙都是空闲的。我们用1来表示有脉冲的时隙，用0来表示没有脉冲的时隙。然后PPM符号序列s被送至光信道，得到接收序列y。接收机包含一个软输入软输出（SISO）PPM解调器和一个软输入软输出LDPC解码器。我们将LDPC解码器与PPM解调器之间的迭代称之为外迭代，而将LDPC解码器内部的迭代称之为内迭代。LDPC解码器和PPM解调器迭代交换外部对数似然比（Extrinsic LLR），这一过程类似于Turbo解码过程。外部LLR的交换将一直持续到外迭代次数达到设定的最大外迭代次数或者信息序列被正确解码为止。

原模图码是一类可以通过简单的原模图来构造的多边类型（MET）的LDPC码。目前已有多种原模图码被提出和研究，它们包括重复累积码（RA）、非规则重复累积码（IRA）、累积重复累积码（ARA）、累积重复校验累积码（ARCA）和累积重复缺口累积码（ARJA）等。研究表明，这些原模图码在AWGN信道下能以极低的复杂度取得逼近香农限的性能。由同一原模图构造出来的不同长度的原模图码具有类似的结构，可以用密度演进（DE）算法或者原模图外信息转移（PEXIT）算法来计算他们的迭代译码门限。原模图码的迭代译码门限取决于相应的原模图结构。

图2给出了在AWGN信道下性能优异的1/2码率的ARCA码（迭代译码门限为0.359dB）的原模图。图中，黑色的实心圆圈表示实际传输的变量节点，空心圆圈表示打孔变量节点，而带加号的空心圆圈表示校验节点。ARCA码的原模图共包含4个实际传输的变量节点，1个打孔变量节点和2个校验节点。原模图可以用基础矩阵来描述，例如，ARCA码的原模图可以用基础矩阵表示为：

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其中，每行对应原模图中的一个校验节点，每列对应原模图中的一个变量节点，第1列对应于打孔变量节点；第i(i=0,...,2)行和第j(j=0,...,4)列交叉处的元素表示连接第i(i=0,...,2)个校验节点和第j(j=0,...,4)个变量节点的平行边的条数。

基于光子计数接收机的深空光链路可以被建模为Poisson信道；如果该链路采用PPM调制，则相应的信道称之为Poisson PPM信道。对于Poisson信道，接收机每个时隙接收到的光子数k服从Poisson分布。如果用n_s来表示每个有脉冲的时隙接收到的平均信号光子数，而用n_b来表示每个时隙的平均噪声光子数，那么我们有：