[發明專利]基于EW復合信道模型的MPPM-FSO系統硬解調誤符號率計算方法

有效

• 申請號: 201710814265.9
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107645335B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 秦亦靈;王平;王坤;劉曉霞;傅慧華
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;H04B17/336;H04B17/391;H04L25/06;H04L25/49
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種基于EW復合信道模型的MPPM?FSO系統硬解調誤符號率計算方法，包括：1)基于EW分布，考慮到點誤差的影響，建立點對點的自由空間光通信復合信道模型；2)根據EW湍流和點誤差復合信道模型的累積分布模型和概率分布模型確定最佳判決門限和動態判決門限的門限值；3)計算每個時隙在受到EW湍流和點誤差復合信道干擾情況下的錯誤判決的概率；4)利用高斯拉蓋爾多項式，得到誤符號率的閉合表達式。本發明方法中的復合信道模型相較于單一的大氣湍流模型考慮了點誤差對系統性能的影響，該方法復雜度低，誤符號率系統性能上優于其他硬解調算法，更為符合實際情況。

技術領域

本發明涉及無線光通信系統中的(N,M)MPPM調制方式基于指數韋伯分布在考慮點誤差影響的情況下的采用最佳判決門限和動態判決門限硬解調計算方法，屬于無線光通信技術領域。

背景技術

無線光通信，又常常被稱作自由空間光通信(Free space opticalcommunication)，即FSO通信。FSO通信是以光波作為載體，在自由空間傳輸介質中傳遞通訊信息的一種新型的寬帶無線通信手段，它具有成本低廉、架設靈活便捷、抗電磁干擾能力強、保密性好、無需頻率資源許可、頻帶寬等優點，受到了大家的廣泛關注。盡管無線光通信有其獨特的優勢，但是它也受到了諸多因素的影響和制約。在FSO系統中，光束以大氣作為傳輸介質，而大氣環境復雜多變，通信鏈路無疑會受到大氣層的干擾。到目前為止，大量研究表明大氣湍流是影響通信性能的最主要因素之一，該效應會引起信號在接收端發生振幅和相位的隨機抖動，進而導致明顯的光強閃爍效應，大大降低了通信系統性能。FSO通信系統除了受到大氣湍流這一主要因素的影響，還受到了其它非大氣因素的制約。點誤差是另一個制約通信質量的主要因素，它是由熱膨脹、輕微地震、風速的變化等隨機抖動因素造成的發送端和接收端固定平臺隨機晃動而引起的。而無線光通信系統所采用的光束都較窄，發收兩端平臺的隨機晃動會造成光束的非對準，使得到達接收端的光信號發生隨機衰減，進而影響了通信鏈路性能。為了更好地研究大氣衰落對FSO系統的影響，科研人員先后提出了不同的大氣信道模型，例如對數正態分布(log-normal,LN)模型(適用于弱湍情況)，K分布模型(適于強湍條件)，以及雙伽瑪(Gamma-Gamma,GG)分布模型(適用于強、中、弱三湍情況)。其中，GG模型受到了廣泛的關注和研究，GG分布模型的數學形式易于處理，并且在使用小孔徑接收機時，理論結果能很好的和弱、中、強三種湍流情況下的仿真與實驗數據吻合。然而考慮孔徑平均效應時，在中到強湍的情況下GG分布模型的結果和實驗數據吻合的不是很好。2012年，R.Barrios和F.Dios基于韋伯分布模型，結合激光在湍流中傳輸的相關性質和孔徑平均的物理意義，提出了指數韋伯(exponentiated Weibull,EW)模型。通過和不同孔徑大小與不同湍流強度下的仿真和實驗數據進行對比，表明該模型能夠在任意孔徑和任意湍流的情形下描述接收機平面上光強的隨機起伏情況。

目前的數字光通信系統大多為強度調制/直接檢測(IM/DD)系統，常用的調制方式有開關鍵控(on-off keying,OOK)和脈沖位置調制(pulse position modulation,PPM)。而新型的多脈沖位置調制(Multipulse Pulse Position Modulation,MPPM)方式，相對于OOK和PPM來說能夠提高帶寬利用率和功率效率。

硬解調是自由空間光通信系統中一種常用的解調方法，它通過判決門限把受到噪聲和衰落影響的信號判定為相應的調制電平。而固定判決門限是其中最簡單易得的，但容易產生錯誤閾值。而最佳判決門限和動態判決門限可以消除這個錯誤閾值，提高判決的準確度，從而提升系統性能。

目前的問題在于：由于MPPM的復雜性，關于其硬解調特性的報道較少。目前已知硬解調系統算法大多是只考慮大氣湍流的作用，而沒有考慮點誤差的影響。因此，不能用于指導實際的FSO通信系統接收機設計。所以考慮到點誤差和EW分布大氣湍流的復合作用，基于MPPM調制采用最佳判決門限和動態判決門限進行硬解調判決，計算無線光通信系統的誤符號率性能實屬當前十分重要的研究方向。

發明內容