[發明專利]一種基于雙對數累積量期望的Gamma-Gamma分布參數估計方法

有效

• 申請號: 201610050973.5
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105743593B
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 王汝言;羅華豐;趙輝;張浩翀;杜陽;韓建新
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04B17/309;H04B10/11
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

本發明涉及一種基于雙對數累積量期望的Gamma?Gamma分布參數估計方法，屬于自由空間光通信系統的大氣湍流信道參數估計技術領域。該方法針對傳統的分數矩參數估計準確性差，甚至會出現錯誤估計的問題，通過利用Mellin變換極大簡化Gamma?Gamma分布參數估計過程并且建立統一的參數估計方法。然后作進一步改進，提出了雙對數累積量期望的概念，從而推導出最終的參數估計表達式。與FMOM比較，既保證了較高的計算效率，而且提高了參數估計精度。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，特別是自由空間光通信系統的大氣湍流信道參數估計技術領域，涉及一種基于雙對數累積量期望的Gamma-Gamma分布參數估計方法。

背景技術

相對于傳統的微波通信方式而言，自由空間光通信具有通信容量大、保密性好、抗電磁干擾能力強、不需要無線電頻率使用許可、設備體積小、重量輕和功耗低等優點，因此該技術受到了國際上的廣泛重視。空氣中充滿了氣體分子，氣溶膠分子，激光在大氣傳輸過程中會受到這些分子，粒子的作用，使一部分光輻射能量被吸收而轉化成其他形式的能量，也有一部分的能量因受到散射或者是折射而偏離原來的傳播方向，從而導致激光大氣傳輸的光輻射衰減。大氣湍流效應包括光束漂移，光束擴展，光束起伏，到達角起伏和相位起伏等，它對大氣激光通信產生的影響力為湍流引起光束截面內的功率隨機變化和閃爍以及光束相位的隨機變化，這將導致系統誤碼率增大，通信質量下降以及系統性能惡化，湍流的這些效應不是孤立的，而是同時存在的，湍流尺度在一定范圍內連續分布，不同尺度的湍流對激光束的影響不同。

大氣湍流造成信號出現衰弱，為了分析大氣湍流對自由空間光通信系統性能的影響，必須建立光信號隨機衰落的數學模型，即光強起伏的概率分布密度函數。為了研究大氣湍流對大氣激光通信的影響，L.C.Andrew等人對大氣湍流信道模型進行了詳細研究，先后研究了對數正態分布，K分布，韋伯分布，I-K分布，Gamma-Gamma分布等模型。

在自由空間光通信鏈路中，由于受到各種惡劣天氣的影響，接收到的光信號能量會得到衰減。此外，大氣湍流還會引起光信號強度和相位的隨機起伏，導致系統誤碼率性能下降。可見大氣湍流是對大氣激光通信通信具有很大影響，所以必須找到適當的湍流模型，才能對大氣激光通信系統中鏈路的性能進行分析。目前存在幾個湍流模型，針對弱湍流提出了對數正態分布，針對強湍流提出負指數分布，Gamma-Gamma分布模型和實際測試數據比較一致，是應用廣泛的一種模型。Gamma-Gamma分布是由兩個獨立的Gamma分布構成，這兩個Gamma分布分別表示小尺度湍流起伏和大尺度湍流起伏的分布形式，所以Gamma-Gamma分布模型適合于激光在整個大氣湍流傳播時光強起伏的分布。系統設計和性能分析與信道統計特征高度相關，而信道統計特征可以是信道狀態估計值或者是信道參數估計值。信道估計主要用于自適應技術，如：序列檢測，功率控制和信道編碼，這些技術可以減輕大氣湍流對系統的影響對信道模型進行的參數估計被要求用來分析系統的特征，例如：容量，誤碼率，和中斷概率。同時信道參數估計也被應用于無線電頻率性能分析當中，例如應用在大氣激光通信系統性能分析中。所以精確的信道模型參數估計可以補償大氣環境和天氣條件對系統性能造成的影響,對系統性能的評估的提高具有重要作用。因此針對Gamma-Gamma分布參數估計成為估計大氣湍流分布模型參數的重要課題。因為大氣激光通信的媒質是大氣隨機信道，這就極大地依賴于對大氣信道的了解和掌握，這就要求對大氣信道進行良好的估計和預測。本研究方向是針對大氣湍流信道模型參數進行估計，它是研究大氣湍流信道建模的基礎，一方面可以深入的研究大氣隨機信道對激光傳輸的影響；另一方面可以掌握空間光通信中激光束的傳輸特性，從而能夠為激光通信系統的設計和實現提供數據和參考價值。