【摘 要】
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水声通信技术是开发海洋资源的关键技术。但是,水声信道参数时变快、多径效应严重、带宽窄、信号衰耗大,这些信道特性都给水声通信系统的设计带来了极大的挑战。低密度奇偶校
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水声通信技术是开发海洋资源的关键技术。但是,水声信道参数时变快、多径效应严重、带宽窄、信号衰耗大,这些信道特性都给水声通信系统的设计带来了极大的挑战。低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码是一类性能接近香农限的信道编码方法,原模图LDPC码是一类性能优良的LDPC码,不仅具有优秀的纠错性能,而且结构简单易于优化,可以用作水声通信的纠错码。目前,对于水声信道中原模图LDPC码构造的研究集中于优化LDPC码的译码门限,但由此构造的码字具有错误平层问题。同时,考虑带宽窄,水声信道下采用的LDPC码码长较短,在信道条件恶劣时往往不能正确译码,因此常采用混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat re Quest,HARQ)技术来保证通信的可靠性。基于置信度的HARQ(Reliability-based HARQ,RB-HARQ)策略利用译码后的软信息作为置信度,重传置信度较低的码字比特,适用于水声信道。但是,RB-HARQ策略存在反向信道数据量过大的问题。为了解决这些问题,本论文研究水下信道下原模图LDPC码的HARQ策略。针对水声信道下原模图LDPC码的错误平层问题,论文提出了一种原模图LDPC码的优化方法。从基础原模图优化角度,使原模图校验节点度均匀化,包含度为1的变量节点以达到更低的译码门限,调整度为2的变量节点的数量以兼顾瀑布区域和错误平层区域的性能。从扩展方式角度,提出了虚拟校验节点的概念以表示水声信道中多径效应对码字比特间的影响,并以此改进了传统的渐进边增长(Progressive Edge Growth,PEG)/近似环外信息度(Approximate Cycle Extrinsic message degree,ACE)混合构造方法作为原模图LDPC码的扩展方法。最后,对优化的原模图LDPC码进行译码门限检测和近似环外信息度检测,确保所构造的原模图LDPC码同时具有良好的瀑布区域和错误平层区域的性能。仿真结果表明,所构造的原模图LDPC码具有更好的纠错性能。针对水声信道中RB-HARQ策略反向信道数据量过大的问题,论文从减少反馈位置的数量和减小重传比特的搜索空间两方面对RB-HARQ策略进行了优化。首先,从减少反馈位置数量角度,提出邻居变量节点集合的概念,通过计算邻居变量节点集合的平均置信度选择重传平均置信度最小的集合索引。从减小重传比特的搜索空间角度,考虑到度较大的变量节点在译码过程中的作用更大,优先重传度较大的变量节点能够获得更大的译码增益,提出了选择优先重传度较大且置信度较低的变量节点以减少重传比特范围的策略。仿真结果表明,所提出的两种改进型RB-HARQ策略的吞吐率均优于原RB-HARQ策略。
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