[發明專利]一種基于脈沖計數的非視距紫外散射通信系統及其方法

有效

• 申請號: 201710561561.2
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107359935B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 王坤;龔晨;李上賓;徐正元
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04B10/114
• 分類號: H04B10/114;H04B10/50;H04B10/69
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種基于脈沖計數的非視距紫外散射通信系統，其特征包括：發送端和接收端；

所述發送端包括：數據幀生成模塊、調制模塊、紫外激光器；

所述接收端包括：光電倍增管、放大電路、AD采樣模塊、脈沖計數模塊、同步模塊、信道估計模塊、閾值查找模塊、符號判決模塊；

所述數據幀生成模塊將外部產生的0-1信息比特組成長度為M的0-1信息序列，并在所述0-1信息序列的頭部添加同步序列組成一幀傳輸信號并發送給所述調制模塊，其中M為幀長；

所述調制模塊由所述0-1信息序列驅動產生OOK信號，并根據OOK信號中的每個符號按照周期T依次控制紫外傳輸光路的通斷，從而調制所述紫外激光器產生紫外光并發送給所述接收端；

所述接收端的光電倍增管連續接收所述紫外光信號并轉換為電信號后，提供給所述放大電路進行放大處理，得到的放大信號傳遞給所述AD采樣模塊進行模數轉換，得到數字信號；

所述脈沖計數模塊對所述數字信號進行幅值篩選和上升沿檢測處理，得到脈沖信號，并以碼片為周期進行脈沖計數，將計數結果提供給所述同步模塊；

所述同步模塊對所述計數結果與所述同步序列進行滑動相關運算，得到相關值；根據所述相關值達到最大的時刻，得到所述一幀傳輸信號的起始時刻；

所述信道估計模塊根據所述一幀傳輸信號的起始時刻，得到所述同步序列為“0”時對應的計數結果以及所述同步序列為“1”時對應的計數結果；再根據所得到的同步序列為“0”時對應的計數結果以及所述同步序列為“1”時對應的計數結果分別進行信道估計，得到由噪聲產生的脈沖數均值的估計值和由信號產生的脈沖數均值的估計值

所述閾值查找模塊根據所述估計值和得到相應的最優判決閾值N_T；

所述符號判決模塊得到所述0-1信息序列中每個符號的計數結果，并和最優判決閾值N_T進行比較，若計數結果≥最優判決閾值N_T，則將所述同步模塊的計數結果判定為“1”；否則判定為“0”；從而得到所述0-1信息序列。

2.一種基于脈沖計數的非視距紫外散射通信方法，其特征是按如下步驟進行：

步驟1、發送端根據外部產生的0-1信息序列，在所述0-1信息序列的頭部添加同步序列后，按照固定的幀長M組成一幀傳輸信號，并將所述一幀傳輸信號調制成OOK信號；

步驟2、所述發送端將所述OOK信號中的每個符號分別轉換為紫外光信號后依次發送給接收端；

步驟3、所述接收端連續接收所述紫外光信號并轉換為電信號后進行放大處理，得到的放大信號再進行模數轉換，得到數字信號；

步驟4、所述接收端中對所述數字信號進行幅值篩選和上升沿檢測處理，得到脈沖信號，再對所述脈沖信號進行計數處理，得到的計數結果Nchip；

步驟5、利用式(1)將所述計數結果Nchip與所述同步序列進行滑動相關運算，得到相關值在第i個時刻上的值Corr(i)，從而得到相關值的時間序列Corr，1≤i≤L；L為設定的時間段長度，從所述相關值的時間序列Corr中找到最大值所對應的時刻i_max作為所述一幀傳輸信號的起始時刻，從而實現幀同步，進而實現位同步：

式(1)中，Nchip表示一個碼片內的脈沖數量，s(j)表示本地同步序列中第j個符號，N表示本地同步序列中的符號總數，K表示任意一個符號內劃分的碼片總數，1≤j≤N；

步驟6、根據幀的起始時刻i_max，利用式(2)計算所述本地同步序列的第j個符號s(j)所包含的脈沖數Nsym(j)：

步驟7、利用式(3)定義所述本地同步序列中符號為“0”的下標集合j₀和符號為“1”的下標集合j₁，從而利用式(4)對信道進行估計，得到由噪聲產生的脈沖數均值的估計值和由信號產生的脈沖數均值的估計值

式(4)中，和分別表示所述同步序列中符號為“0”和“1”時對應的計數結果，N₀表示所述本地同步序列中符號為“0”的數量；N₁表示所述本地同步序列中符號為“1”的數量；

步驟8、基于最小錯誤概率準則，利用式(5)離線計算最優判決閾值N_T并存儲在系統中用于在線符號判決：

式(5)中，表示向下取整操作；

步驟9、利用(6)計算得到第m個符號的計數結果Nsym(m)：

式(6)中，M為所述0-1信息序列中符號的數量；

當Nsym(m)≤N_T時，則判定第m個符號為“0”；反之判定為“1”，從而恢復發送的0-1信息序列。