信道编码联合多维脉冲位置调制的编译码方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光通信领域，具体涉及到一种多层信道编码联合多维脉冲位置调制的 编译码方法及装置。
【背景技术】
[0002] 目前广泛采用的强度调制/直接检测的自由空间光通信系统中的调制方式包括： 开关键控(00K)，脉冲位置调制(MPPM)等。其中，在复杂的长距离空间光链路峰-均功率约束 条件下，MPPM调制所具有的较高的功率利用率使之成为目前IM/DD光通信中最接近信道容 量极限的一种调制方式，但该调制方法的缺点是每个调制符号中仅有一个时隙是传送信息 脉冲，其余时隙为空置，因此该调制方式增加了对带宽的需求，抑制了系统传输速率。
[0003] 由于自由空间光通信信道在时域，频域和空域上都表现为复杂的随机特性，这就 给激光通信系统的可靠性和稳定性带来诸多问题，将LDPC等性能优越的信道编码技术应用 于自由空间光通信系统，将能有效的减弱信道中随机介质对自由空间光通信的影响，提高 通信的可靠性。但现有的LDPC码都是针对二进制输入信道设计的，由于无失真地传输一个 符号所需的带宽和传输速率成反比，因此直接将脉冲位置调制(MPPM)与传统的编码相结合 会进一步增加带宽要求。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在解决上述问题而设计一种能够充分利用MPPM信号时隙，提高系统传送 效率的多维MPPM调制技术的同时，联合多层信道编码和多维MPPM信号集合来构造带宽有效 的通信方案，可以有效提高自由空间光通信系统的有效性与可靠性。
[0005] 为达到上述目的，本发明通过具体实施例提出了一种多层信道编码联合多维脉冲 位置调制的编译码方法，所述编译码方法包括编码过程和译码过程，其中编码过程包括以 下步骤：
[0006] S10: -个连续串行输入的二进制信息序列被分成p比特一组(其中p=|_I〇g2:C^J， G表示从M个不同元素中，任取n个元素的组合；表示一个小于或等于x的最大整数;Q (1 < i < P)是码字长度为N、信息长度为qi(l < i < p)的LDPC码，），每组比特序列经过串并转 换后，分别进入各自的（N，qi)LDPC分量码编码器，其中l<i<p，得到p组LDPC分量码组： C-l = (ei,l S ^1,2 S ' 5 ) C.2. - .(C:2J:，.、C:2,2，" jsj ) . . >
[0007] S20:通过简单的交织将p组码字Cr-Cp构造序列
[0008] Cl*C2*."*Cp= (Cl，lC2，l."Cp，l，…，Cl，jC2, j."Cp，j，…，Cl，NC2，N. "CP，N，），将 Cl，jC2, j … Cp，j(l S j SN)作为多维MPPM信息帧的输入比特序列，根据事先约定好的编码器映射规则将 输入比特序列ci, jC2,jj映射为M个时隙组成的信息帧的n个时隙处的光脉冲;如此则 [0009] f(Cl*C2*."*Cp) = (f(Cl，lC2，l.-.Cp，l)，…，f(Cl, jC2, j…Cp, j)，…，f(Cl，NC2，r "cp，n))
[0010]是一个长度为N，编码效率为(1=((11+(12+."+( 11))/^的11维10^信号的一个调制信号 序列；
[0011] S30:所述由M个时隙组成的信息帧的n个时隙处的光脉冲分别由n个激光器轮流在 相应的时隙时间受激产生；
[0012] 所述译码过程采用多层编码联合多维MPPM的多阶段软判决译码，其中分量码译码 器根据接收端信道的噪声模型提取并计算每个时隙上接收信号的对数似然比值，并采用 LDPC码的置信传播译码算法，每次译码一个分量码，并且逐阶段进行，每一个阶段的译码信 息传递到下一个阶段，译码过程从第一级分量码&开始，结束于最后一级分量码C P。
[0013] 与传统MPPM调制方案相比，本发明提供的多层信道编码联合多维脉冲位置调制的 编译码方法可以使系统获得一倍以上的传输速率，且MPPM信息帧的时隙数为任意整数，不 再局限于2的n次幂；与传统的MPPM串行级联纠错编码方案相比，本发明通过在采用多层 LDPC编码联合多维调制构造以及多阶段置信传播软判决迭代译码，无需带宽展宽即可获得 大编码增益；当采用相同码速率的分量码时，编码效率为传统MPPM串行级联纠错编码的p 倍，并能有效的减弱大气湍流对系统性能的影响，进一步提高系统的有效性与可靠性。 [0014]进一步的，所述多层编码联合多维MPPM的多阶段软判决译码过程中，包括第一阶 段译码过程S41，第一阶段译码过程存在如下步骤：
[0015] S411:由光电探测器或光电探测器阵列接收光脉冲信号，将光信号转换为电信号 R，并按照时隙间隔将它们记录下来；
[0016] S412:根据记录下来的每个时隙上的电信号大小以及光电探测器输出电子数的统 计模型，分别计算出接收到的每一个多维MPPM信息帧中对应的每个时隙上有信号光脉冲和 无信号光脉冲时输出电子数的后验概率密度f s(R)和fn(R);
[0017 ] S413:根据S412中的后验概率密度f s (R)和€ n (R)计算每一个MPPM信息帧中对应的 每个时隙上的对数似然比值Lk( 1 < k < M);
[0018] S414:根据MPPM信息帧中每个时隙上的对数似然比值以及已约定的输入编码比特 与多维MPPM调制符号映射关系表，计算出第一个分量LDPC码的码字比特 C1,j，（l < j <N)的 初始对数似然比值L(C1,j);
[0019] S415:将第一个分量的初始对数似然比值L(C1,j)带入第一个分量LDPC码 的置信传播迭代译码算法中，译出第一个分量LDPC码(H，…，'）的码字。
[0020] 进一步的，其特征在于所述多层编码联合多维MPPM的多阶段软判决译码过程中， 包括第二阶段译码过程S42，第二阶段译码过程存在如下步骤：
[0021] S421:接收第一阶段传入的第一个分量LDPC码比特信息(UW" j1N)，令(C2>1， C2,2,…，C2,N)为第二个分量LDPC码C2中的一个码字；
[0022] S422:根据已约定的输入编码比特与多维MPPM调制符号映射关系表和第一阶段传 入的译码比特信息位计算得到每一个多维MPPM信息帧所对应的码字比特 c2, j，（ 1 < j < N)的初始对数似然比值i^;
[0023] S423:将计算得到的第二个分量LDPC码(：2的初始对数似然比值带入第二个分量 LDPC码的置信传播迭代译码算法，译出第二个分量LDPC码，…為>N )的码字。
[0024]进一步的，所述多层编码联合多维MPPM的多阶段软判决译码过程中，包括最后阶 段译码过程S43，最后阶段译码过程存在如下步骤：
[0025] S431:接收之前每一阶段的译码比特信息，则最后一个阶段输入的第k个多维MPPM 信息帧所对应的二进制信息比特序列可表示为;
[0026] S432:根据之前已完成的每一阶段译码输出的码字估值，计算得到多维MPPM信息帧所 对应调制符号的最后一个码字比特位(^的初始对数似然比值L
[0027] S433:将计算得到的最后一个分量LDPC码〇>的初始对数似然比值带入最后一个分 量LDPC码的置信传播迭代译码算法，译出最后一个分量LDPC码，匕 2，…，t,N)的码字，从 而实现(61,1.^,1_'"6;>,.1:，一.為>卢幻~.\:>)，"_! 161,1^:2>1^"1,1<，）构成的译码集合。
[0028] 本发明另一方面还提供了一种多层信道编码联合多维脉冲位置调制的编译码装 置，所述编译码装置采用以上所述的多层信道编码联合多维脉冲位置调制的编译码方法进 行编码和译码。其有益效果与前述多层信道编码联合多维脉冲位置调制的编译码方法相一 致。
[0029] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践 了解到。
【附图说明】
[0030] 图1传统MPPM信息帧结构图；
[0031 ]图2多层编码联合多维脉冲位置调制原理框图；
[0032]图3三级编码联合2维5PPM调制发射方案结构图；
[0033]图4 2维5PPM光脉冲信号三阶段译码解调方案结构图。
【具体实施方式】
[0034] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
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