受多径效应、多普勒效应影响,水声通信相较无线通信的研究更为复杂。为实现水声稳健通信性能,通常采用扩频通信体制,结合纠错编码等技术手段,以提升系统的可靠性。然而,直接扩频通信系统频带利用率低,经典信道编码算法编码增益有限,可获得较大编码增益的现代编码算法普遍适用于长码块数据,难以契合低速率场景下的通信时延要求。本文针对短码长LDPC码(Low-density Parity-check)的构造,LDPC码的译码算法,直扩,M元扩频,CSK扩频等扩频体制的性能差异等问题展开了研究。并基于此,提出了结合短码长LDPC码的扩频编码系统,并通过仿真与水池实验对系统性能进行了验证。针对可获得较大编码增益的现代编码算法普遍适用于长码块数据,难以契合低速率场景下的通信时延要求的问题,对短码长LDPC码的构造展开研究。包括:国际空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS)橙皮书CCSDS 231.1-O-1提出的三种1/2码率,短码长LDPC码及基于欧氏几何(Euclidean Geometry,EG)构造的Ⅰ类EG码。通过理论仿真,对上述信道编码方法性能进行验证。研究结果表明,在高斯信道下,几种短LDPC码均可获得良好的编码增益。针对和积译码算法(Sum-product algrithm,SPA)复杂度高的问题,对改进的LDPC码译码算法进行了研究,通过理论仿真,验证了似然域和积译码算法(SumProduct Algorithm in Log-Likelihood-domain,LLR-SPA),最小和算法(Min-sum algrithm,MSA),改进的最小和算法(Normalized Min-sum algrithm,NMSA)的性能。研究结果表明,相较于SPA,LLR-SPA在不降低误码性能的条件下,降低了算法复杂度。MSA进一步降低了算法复杂度,但误码性能同步下降。NMSA则通过筛选衰减因子,得到性能逼近SPA,复杂度近似MSA的算法。针对直接扩频通信频带利用率低的问题,对直扩,M元扩频和CSK扩频编码系统展开研究,提出了一种结合短码长LDPC码的扩频通信系统,并通过仿真与水池实验验证了系统性能。研究结果表明,直扩系统与广义M元扩频系统均可获得显著编码增益,直扩系统可获得最优编码增益,这与译码器的软硬判决输入相关。
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