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基于多进制LDPC码的水声载波频移键控通信研究与实现.pdf

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基于多进制LDPC码的水声多载波频移键控通信研究与实现

摘要

目前,大多数水声通信系统在需要进行稳定可靠的传输时都会使用非相干水声通信,

为了克服水声信道的多径衰落以及提升频带利用率,进而提出了多载波频移键控

(Multiple-FrequencyShiftKeying,MFSK)系统。针对于提升浅海背景下多载波MFSK

通信的性能,本文对基于多进制LDPC(Low-DensityParity-Check)编译码的多载波MFSK

通信进行研究,研究内容包括多进制LDPC编译码算法、多载波MFSK系统的关键技

术、级联编译码以及多进制LDPC编译码算法在DSP-TMS320C6748上的实现,具体内

容如下:

首先,从多进制LDPC构造开始,本文给出了三种多进制LDPC校验矩阵的构造方

法。其中包含了Gallager构造法,Mackay构造法以及基于RS码的QC-LDPC(Qusai-

CyclicLow-DensityParity-Check,QC-LDPC)构造法,在介绍了基于基矩阵散布的QC-

LDPC码之后,因为其内部稀疏性不足,所以本文研究了两种解决办法,一是对矩阵进

行屏蔽处理,二是对矩阵进行拆分组合再屏蔽的处理方式,这两种方法对于提高矩阵的

稀疏性有很大帮助。针对于多进制LDPC译码,使用了基于概率域的BP译码,为了减

少行更新时的计算量,采用了快速哈达玛变换(FastHadamardtransform,FHT)。最后

仿真了高斯信道下基于BPSK和QAM两种不同调制方式下的可能对LDPC译码影响的

因素,包括迭代次数、校验矩阵和进制数。

其次,多载波MFSK系统是本文的核心。本文研究了多载波MFSK系统上的关键

技术,包括校验、交织、信道编译码等等。实现了多载波MFSK系统中常用的以Hadamard

为内码,多进制卷积码为外码的级联编译码方案,并且针对于译码性能的提升,实现了

以接近香农限的多进制LDPC码代替多进制卷积码的级联编译码方式。最后仿真了浅海

信道下的误码率曲线,结果显示在误码率为10-4时,多进制LDPC码的性能优于多进制

卷积码1-2dB,证实了本文所研究方法的有效性。

最后,基于多进制LDPC码在多载波MFSK系统中的良好表现,本文在

TMS320C6748平台上对多进制LDPC编译码算法进行了实现。针对于校验矩阵的存储

和读取,使用了DSP上的MMC/SD卡控制器和FAT文件系统。在进行算法实现的过程

中,研究了FHT的程序优化实现方式以及for循环优化方式,减少了算法的执行时间,

并实测了编译码每一步的执行时间证明了该算法可以进行实时译码。最后本文将基于三

种不同级联编码方式的信号在哈尔滨工程大学信道水池进行了实验,实验结果显示在相

哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文

同的信道和信噪比条件下,以Hadamard为内码,多进制LDPC为外码的级联码方案性

能最佳,证实了其在实际水声信道中的有效性。

关键词:多载波频移键控;LDPC;hadamard;级联码

基于多进制LDPC码的水声多载波频移键控通信研究与实现

ABSTRACT

Currently,mostunderwateracousticcommunicationsystemsuseincoherentunderwater

acousticcommunicationwhenstableandreliabletransmissionisrequired,inordertoovercome

themultipathfadingoftheunderwateracousticchannelandimprovethefrequencyband

utilization,multi-carrierfrequencyshiftkeyingsystemisproposed.Inordertoimprovethe

performance

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