自由空间光通信中校验码辅助极化码译码研究
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Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｅｓｐａｃｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ （ＦＳＯ）；ｗｅａｋ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ；ｐｏｌａｒ ｃｏｄｅｓ；ｐａｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｅ；ｃｙｃｌｉｃ
ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｅ
０ 引 言 自由空 间光 通信 （ＦＳＯ）具有 频 带 宽 、传 输 容 量 大 、
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅ ｔｈａｔ ｆｒｅｅபைடு நூலகம்ｐａｃｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＦＳＯ）ｌｉｎｋｓ ａｒｅ ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｌｅ ｔｏ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ
ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ，ａ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｐｏｌａｒ ｃｏｄｅｓ ｔｏ ＦＳＯ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｅ ａｓ— ｓｉｓｔｅｄ ｐｏｌａｒ ｃｏｄｅ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｉｎ ＦＳＯ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔ ｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＣＲＣ—ａｓｓｉｓｔｅｄ ｐｏｌａｒ ｃｏｄｅ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ， Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ａ ｃｏｄｉｎｇ ｇａｉｎ ｏｆ ａｂｏｕｔ ０．２ｄＢ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｌｏｃｋ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ ｉｓ １ ０ ． ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｉｓ ｅｖｅｎ ｂｅｔｔｒｅ ａｔ ａ ｌｏｗ ＳＮＲ ．
弱 鳃 固 馅
ｌ殳豫心 ｐ
自由空间光通信 中校验码辅 助极 化码译码研 究
张 兢 ，李 小红 ’，曹 阳，彭小峰 ，张 晗
（重 庆￣ －ｒ：ｋ学 电气 与 电子 工程 学院 。重 庆 ４０００５４）
摘要 ：针对 自由空间光通信 （ＦＳＯ）链路 易受大气湍流影响的问题 ，提 出了将极化码 （Ｐｏｌａｒ Ｃｏｄｅｓ）应用 于 ＦＳＯ的方案 ，并结合一种改进型校验码辅助极化码在 ＦＳＯ中译码 。仿真表 明：与传统的循环 冗余校验码 辅助极化码译码方案相 比，在误块率为 １Ｏ 时，改进方法有 ０．２ｄＢ左右 的编码增益，在低信噪 比下性 能
功 耗低 和抗 电磁 干 扰 能力 强 等 特 点 ．使其 具 有 很 大 的 研 究 和 应用 价 值 。然 而 。大气 湍 流 效 应 会 引起 信 号 衰 落 ．导 致 高 误 码 率 甚 至 是 信 息 中断 ｌｌ＇２１，制 约 了 ＦＳＯ 的 发 展 。信 道 编码 技 术 常 被 用 来 保 持 ＦＳＯ通 信 链 路 稳 定 ．提 高通 信 质量
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ａ ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｅ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｐｏｌａｒ ｃｏｄｅ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｉｎ ＦＳＯ
ＺＨＡＮ Ｇ ．１ｉｎｇ，ＬＩＸｉａｏｈｏｎｇ ，ＣＡＯ Ｙａｎｇ，ＰＥＮＧ Ｘｉａｏｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｈａｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００５４，Ｃｈｉｎａ）
通 信 作 者 ：李 小 红 （Ｅ—ｍａｉｌ：２２５４９３６１９６＠ｑｑ．ｃｏｍ）。
香农 容 量 的 编码 方法 。２００９年 ．Ａｒｉｋａｎ发 表论 文 详 细 介 绍 了对 于 二进 制离 散 无 记 忆对 称 信 道 （Ｂｉｎａｒｙ—ｉｎｐｕｔ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ ＭｅＩｎｏｒｙｌｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅ１．Ｂ—ＤＭＣ）信 道 极 化 的 构 造 原 理 、二 进 制擦 除 信 道 （Ｂｉｎａｒｙ Ｅｒａｓｅ Ｃｈａｎｎｅｌ，ＢＥＣ） 信 息位 的选 取 以及 编 译码 方法 极 化码 原始 译 码方 法 采 用 串行抵 消 译 码 （Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ。ＳＣ），在 码 长 为 有 限长 时 ，ＳＣ译码 性 能表 现不 大理 想 。因此 ，串行 抵 消列 表 译 码 （Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ Ｌｉｓｔ ＳＣＬ）ｔ４，５１、 循 环 冗 余 辅 助 ＳＣＬ译 码 ｆＣｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ Ａｉｄｅｄ—ＳＣＬ．ＣＡ—ＳＣＬ）ｔ６３和 多循 环冗 余 校 验 码 （Ｍｕｌｔｉ— ＣＲＣ Ｍ—ＣＲＣ）级 联 极化 码 译码 １７１等 方法 被 引 入 极化 码 译 码 。ＦＳＯ大 气弱 湍 流信 道产 生 的差错 以突发 错误 为 主 ．但 由 于实 际信 道 的 复 杂 性 ．呈 现 的错 误 往 往 是 突 发错 误 与随 机错 误 并存 为 了提 高 ＦＳＯ大气 弱湍 流 条 件 下 的纠 错 能 力 和通 信 质 量 ．本 文将 极 化 编 码 应 用 于 ＦＳＯ，提 出 了极 化 码 级联 校 验码 方 案 ．将 极 化码 设 为 内
极 化 码 （Ｐｏｌａｒ Ｃｏｄｅｓ）是 常 用 的信 道 编 码 方 法 ．它 于 ２００８年 由 Ａｒｉｋａｎ提 出【３ｊ．是 目前 唯 一被 证 明能 达 到
收 稿 日期 ：２０１８—０５一ｌ８。 基 金 项 目 ：中 国博 士 后 科 学 基 金 （２０１４Ｍ５５２３２９）资 助 ；重 庆 市 教 委 科 学 技 术项 目（ＫＪ１５００９３４）资 助 ：重 庆 市 科 委 社 会 事 业 与 民生 保 障 科 技 创 新 专 项 （ｃｓｔｃ２０１７ｓｈｍｓＡ４００１９）资助 作 者 简 介 ：张 兢 （１９６５一），女 ，研 究 生 导 师 ，教 授 ，主 要 从 事 自由 空 间 光 通 信 技术 方 面 的 研 究
更好 。
关键词 ：自由空间光通信；大气弱湍流；极化码；奇偶校验码；循环 冗余校验码 中 图分 类号 ：ＴＮ９１１．２２ 文献 标识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１００２．５５６１（２０１８）１０．００５２．０４ ＤＯＩ：１０．１３９２１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎｌ００２—５５６１．２０１８．１０．０１５
ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｅ
０ 引 言 自由空 间光 通信 （ＦＳＯ）具有 频 带 宽 、传 输 容 量 大 、
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅ ｔｈａｔ ｆｒｅｅபைடு நூலகம்ｐａｃｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＦＳＯ）ｌｉｎｋｓ ａｒｅ ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｌｅ ｔｏ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ
ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ，ａ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｐｏｌａｒ ｃｏｄｅｓ ｔｏ ＦＳＯ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｅ ａｓ— ｓｉｓｔｅｄ ｐｏｌａｒ ｃｏｄｅ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｉｎ ＦＳＯ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔ ｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＣＲＣ—ａｓｓｉｓｔｅｄ ｐｏｌａｒ ｃｏｄｅ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ， Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ａ ｃｏｄｉｎｇ ｇａｉｎ ｏｆ ａｂｏｕｔ ０．２ｄＢ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｌｏｃｋ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ ｉｓ １ ０ ． ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｉｓ ｅｖｅｎ ｂｅｔｔｒｅ ａｔ ａ ｌｏｗ ＳＮＲ ．
弱 鳃 固 馅
ｌ殳豫心 ｐ
自由空间光通信 中校验码辅 助极 化码译码研 究
张 兢 ，李 小红 ’，曹 阳，彭小峰 ，张 晗
（重 庆￣ －ｒ：ｋ学 电气 与 电子 工程 学院 。重 庆 ４０００５４）
摘要 ：针对 自由空间光通信 （ＦＳＯ）链路 易受大气湍流影响的问题 ，提 出了将极化码 （Ｐｏｌａｒ Ｃｏｄｅｓ）应用 于 ＦＳＯ的方案 ，并结合一种改进型校验码辅助极化码在 ＦＳＯ中译码 。仿真表 明：与传统的循环 冗余校验码 辅助极化码译码方案相 比，在误块率为 １Ｏ 时，改进方法有 ０．２ｄＢ左右 的编码增益，在低信噪 比下性 能
功 耗低 和抗 电磁 干 扰 能力 强 等 特 点 ．使其 具 有 很 大 的 研 究 和 应用 价 值 。然 而 。大气 湍 流 效 应 会 引起 信 号 衰 落 ．导 致 高 误 码 率 甚 至 是 信 息 中断 ｌｌ＇２１，制 约 了 ＦＳＯ 的 发 展 。信 道 编码 技 术 常 被 用 来 保 持 ＦＳＯ通 信 链 路 稳 定 ．提 高通 信 质量
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ａ ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｅ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｐｏｌａｒ ｃｏｄｅ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｉｎ ＦＳＯ
ＺＨＡＮ Ｇ ．１ｉｎｇ，ＬＩＸｉａｏｈｏｎｇ ，ＣＡＯ Ｙａｎｇ，ＰＥＮＧ Ｘｉａｏｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｈａｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００５４，Ｃｈｉｎａ）
通 信 作 者 ：李 小 红 （Ｅ—ｍａｉｌ：２２５４９３６１９６＠ｑｑ．ｃｏｍ）。
香农 容 量 的 编码 方法 。２００９年 ．Ａｒｉｋａｎ发 表论 文 详 细 介 绍 了对 于 二进 制离 散 无 记 忆对 称 信 道 （Ｂｉｎａｒｙ—ｉｎｐｕｔ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ ＭｅＩｎｏｒｙｌｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅ１．Ｂ—ＤＭＣ）信 道 极 化 的 构 造 原 理 、二 进 制擦 除 信 道 （Ｂｉｎａｒｙ Ｅｒａｓｅ Ｃｈａｎｎｅｌ，ＢＥＣ） 信 息位 的选 取 以及 编 译码 方法 极 化码 原始 译 码方 法 采 用 串行抵 消 译 码 （Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ。ＳＣ），在 码 长 为 有 限长 时 ，ＳＣ译码 性 能表 现不 大理 想 。因此 ，串行 抵 消列 表 译 码 （Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ Ｌｉｓｔ ＳＣＬ）ｔ４，５１、 循 环 冗 余 辅 助 ＳＣＬ译 码 ｆＣｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ Ａｉｄｅｄ—ＳＣＬ．ＣＡ—ＳＣＬ）ｔ６３和 多循 环冗 余 校 验 码 （Ｍｕｌｔｉ— ＣＲＣ Ｍ—ＣＲＣ）级 联 极化 码 译码 １７１等 方法 被 引 入 极化 码 译 码 。ＦＳＯ大 气弱 湍 流信 道产 生 的差错 以突发 错误 为 主 ．但 由 于实 际信 道 的 复 杂 性 ．呈 现 的错 误 往 往 是 突 发错 误 与随 机错 误 并存 为 了提 高 ＦＳＯ大气 弱湍 流 条 件 下 的纠 错 能 力 和通 信 质 量 ．本 文将 极 化 编 码 应 用 于 ＦＳＯ，提 出 了极 化 码 级联 校 验码 方 案 ．将 极 化码 设 为 内
极 化 码 （Ｐｏｌａｒ Ｃｏｄｅｓ）是 常 用 的信 道 编 码 方 法 ．它 于 ２００８年 由 Ａｒｉｋａｎ提 出【３ｊ．是 目前 唯 一被 证 明能 达 到
收 稿 日期 ：２０１８—０５一ｌ８。 基 金 项 目 ：中 国博 士 后 科 学 基 金 （２０１４Ｍ５５２３２９）资 助 ；重 庆 市 教 委 科 学 技 术项 目（ＫＪ１５００９３４）资 助 ：重 庆 市 科 委 社 会 事 业 与 民生 保 障 科 技 创 新 专 项 （ｃｓｔｃ２０１７ｓｈｍｓＡ４００１９）资助 作 者 简 介 ：张 兢 （１９６５一），女 ，研 究 生 导 师 ，教 授 ，主 要 从 事 自由 空 间 光 通 信 技术 方 面 的 研 究
更好 。
关键词 ：自由空间光通信；大气弱湍流；极化码；奇偶校验码；循环 冗余校验码 中 图分 类号 ：ＴＮ９１１．２２ 文献 标识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１００２．５５６１（２０１８）１０．００５２．０４ ＤＯＩ：１０．１３９２１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎｌ００２—５５６１．２０１８．１０．０１５