多元LDPC碼改進譯碼算法在光纖通信中的應用

李煒

摘要：從1970年起，世界的光纖通信的發(fā)展速度一直很快，所以我們今天才可以在光纖通信的范圍內(nèi)通過通信網(wǎng)絡享受高速度的寬帶傳輸，同時光纖通信成為一種最主要的傳遞信息的傳輸方式，因此本文對于多元LDPC碼改進譯碼算法主要是基于糾正錯誤和DQPSK光纖通信系統(tǒng)的脈絡。

關鍵詞：多元LDPC碼;譯碼算法;光纖通信

中圖分類號：TN911.22 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）03-0037-01

1 多元LDPC碼改進碼

多元LDPC碼最初是起源于Gallager在1962年發(fā)表的博士論文里面的二元LDPC碼，在這篇文章中他提出了一類當時不常見的基于稀疏校驗矩陣的線性分組碼，但由于受當時技術的影響，這一線性分組碼經(jīng)過了將近30年才因為編譯碼理論知識的迅速發(fā)展被重新發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過人們的驗證之后，發(fā)現(xiàn)多元LDPC碼有著良好的作用，可以在多方面進行應用，因此對多元LDPC碼的了解和發(fā)展越來越快。

2 多元LDPC碼改進譯碼算法在光纖通信中的應用

2.1 超強FEC糾錯

隨著1990年之后互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信等業(yè)務的發(fā)展，人們對于寬帶速度一直有著很高的要求，但由于技術的影響，帶寬的發(fā)展一直受到影響，為了滿足人們對于寬帶速度的要求，目前出現(xiàn)了兩種新技術分別是波分復用（WDM）和波長不同。這兩種技術可以滿足人們對于帶寬的需求，通過在相同的光纖上對波長不同的光纖信號進行多范圍的傳輸，滿足人們對于速度的需求。

目前人們在光纖通信上采用比較多的是波長不同技術，但是使用這一技術的時候，由于距離和大容量數(shù)據(jù)的影響，在信號進行傳輸時會產(chǎn)生信道噪聲、色散、信號缺失等影響，這些就會在一定程度上影響光纖系統(tǒng)的通信性能。為了解決這一問題，目前為了解決信號的衰減，每隔80公里就要增加一次光纖通信中繼進行信號的傳輸，這是一種對光纖信號上進行放大和補償?shù)臋C制。同時在每一個400公里的位置就要對光纖信號進行再生，然后這些中繼點和再生點都需要大量的費用。

2.2 DQPSK調(diào)制和解調(diào)方式

在LDPC碼改進碼應用到光纖通信上，會采用到二進制電域驅(qū)動信號，會產(chǎn)生一種DPSK信號，這種信號的方式是會采用許多連續(xù)的相位調(diào)制器，比如m個，這里面的m是指在這些相位調(diào)制器里的每一個符號所包含的比特。這一電域驅(qū)動信號發(fā)射機如圖1，這個發(fā)射系統(tǒng)是采用串碼進行發(fā)射，也叫作串行發(fā)射系統(tǒng)，從信號經(jīng)過第一個相位調(diào)制器，就會產(chǎn)生DBPSK信號，之后對這一信號進行再次的傳輸，達到第二個相位調(diào)制器后，就會產(chǎn)生新的DQPSK信號，依此類推。

如圖1所示，對于DQPSK信號，對數(shù)據(jù)的傳輸經(jīng)過分配器，進行串碼的運行和交換，之后會經(jīng)過差分編碼器，差分編碼器會輸出兩路信號經(jīng)過脈沖，會產(chǎn)生一種叫做u（t）的控制信號。

2.3 多元LDPC碼編碼調(diào)制

在多元LDPC碼編碼調(diào)制方案中，該方案采用了比特交織編碼調(diào)制（BICM），這一編碼調(diào)制比起傳統(tǒng)的系統(tǒng)方法，有著更好的總速率。在大多數(shù)的光纖信號傳輸系統(tǒng)中大多都采用多元LDPC碼編碼調(diào)制方案，因為這一方案可以可以降低編碼錯誤出現(xiàn)的速率，而BICM方案可以通過對錯誤符號進行編碼去提高光纖通信系統(tǒng)的性能。在圖2中可以看到多元LDPC編碼調(diào)制方案中的發(fā)射機和接收機兩種配置，和目前應用的二元LDPC碼編碼調(diào)制方案進行比較的話，可以看出有以下的不同點：

（1）LDPC編碼器不再采用多個二進制，而是采用一個多進制的形式，可以節(jié)省傳輸時間，加快效率;

（2）在二元LDPC碼編碼調(diào)制方案會采用分組交織器，而多元LDPC編碼調(diào)制方案則取消了分組交織器;

（3）同時二元LDPC碼編碼調(diào)制方案中會有反饋的環(huán)節(jié)，在多元LDPC編碼調(diào)制方案中也取消了，這樣可以增加信號的運行速度;

（4）多元LDPC編碼調(diào)制方案中取消了二元LDPC碼編碼調(diào)制方案中的轉換接口。

3 MATLAB并行計算在LDPC編碼仿真中的應用

MATLAB中的并行工具箱提供了一個計算的接口，可以在光纖信號進行傳輸運算時解決復雜的問題計算，節(jié)約時間，提高運行效率，同時，MATLAB并行計算由并行for循環(huán)、消息傳遞數(shù)組等結構組成。通過MATLAB并行計算時需要改動的地方比較少，可以節(jié)約人力成本。

4 結語

多元LDPC碼改進譯碼是一種高效的信道傳輸編碼技術，目前它的應用范圍也比較廣，同時多元LDPC碼改進譯碼比起二元LDPC碼有著出錯率小，還有解決錯誤快的特點，因此適合目前對于信號傳輸?shù)母咭?。本文通過對多元LDPC碼改進譯碼進行解釋說明，之后在多元LDPC碼改進譯碼應用到光纖通信系統(tǒng)需要采用的系統(tǒng)結構，之后對該結構的檢驗提出了檢驗工具。

參考文獻

[1] Koike-Akino T， Kojima K， Millar D， et al. Cycle Slip-Mitigating Turbo Demodulation in LDPC-Coded Coherent}Optical Communications[C]//Optical Fiber Communication Conference. Optical Society of America，2014：1-3.

[2] 白寶明，孫成，陳佩瑤，等.信道編碼技術新進展[J].無線電通信技術，2016，20（6）：2342-2346.

Application of Improved Decoding Algorithm of Multivariate LDPC Codes in Optical Fiber Communication

LI Wei

（Yantai University，Yantai Shandong? 264000）

Abstract：Since 1970， the world's fiber-optic communications have been growing very fast， so today we can enjoy high-speed broadband transmission over a communications network within the scope of fiber-optic communications. At the same time， optical fiber communication has become the most important way to transmit information. Therefore， the improved decoding algorithm for multi-component LDPC codes is mainly based on correcting errors and the context of DQPSK optical fiber communication system.

Key words：multivariate LDPC code; decoding algorithm; optical fiber communication