[發明專利]一種無線光通信中的完全廣義空間調制方法

有效

• 申請號: 202010282968.3
• 申請日: 2020-04-10
• 公開（公告）號: CN111541489B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 王惠琴;楊順信;張悅;王燕;曹明華;毛一聰;葉歸清;侯文斌
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: H04B10/516
• 分類號: H04B10/516;H04B10/524;H04B10/50;H04B7/06
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 董斌

1.一種無線光通信中的完全廣義空間調制F-GSM的方法，其特征在于，通過激活不同數量的激光器來傳遞信息，以此實現了傳輸速率和激光器數量之間的線性關系；同時，為了充分利用激光器組合冗余，引入天線選擇算法，并采用基于信道范數最大化選擇算法完成了激活激光器的選擇，有效改善了系統的誤碼性能，在此基礎上利用聯合界技術推導了該方法在對數正態信道下的理論誤碼率上界；

其具體步驟為：

步驟1：假設系統中有N_t個激光器，N_r個探測器，且發射端每次激活N_u(N_u＝1，……,N_t)個激光器，所以從N_t個激光器中激活N_u個的備選組合數有種，由于所使用的激光器組合數必須為2的整數次冪，所以只需從種備選組合中選取其中的種即可，由于激光器子集從僅激活一個激光器到激活多個或者所有激光器而變化，所以激光器索引攜帶的信息比特為假設采用L階的PAM調制，則每個PAM調制符號攜帶log₂(L)比特信息，因此，其傳輸速率為

發射端利用激光器組合映射向量和L-PAM調制符號的特點構建了發射信號矩陣：式中，是一個N_t×1維的激光器映射向量，其中，1≤e＜f≤N_t，且非零元素的位置表示激活激光器的序號，是L-PAM的映射向量，I_o表示發送L-PAM調制符號的平均光強，I_l表示發送幅度為l的PAM調制符號的光強，l表示發送脈沖的幅度，且1≤l≤L；

步驟2：假設收發兩端均已知當前的信道狀態信息，那么，發送端可根據當前的信道狀態信息和激光器選擇算法選出合適的激光器組合，并完成相應信息的映射，其中激光器選擇算法采用基于最大化信道范數的方法來選擇激活激光器，其基本思想是：選取信道范數最大的子信道來傳遞信息，其本質是接收信噪比最大，其對應的選擇算法為

式中，P表示所有可能的激光器子集構成的集合，p表示根據算法選擇的激光器子集構成的集合，H_p表示由集合p構成的信道矩陣，表示選擇的信道矩陣；

步驟3：設光探測器的輸出信號為

式中，是均值為零、方差為的加性高斯白噪聲，η是光電轉換效率，H是N_r×N_t維的信道衰落矩陣，且信道衰落系數h服從對數正態分布；

假設接收端已知信道狀態信息，即在H已知的情況下，采用最大似然譯碼算法進行信號檢測，恢復出原始比特信息；

其中，||·||_F表示F-范數,和分別代表檢測到激活激光器的序號和發送的調制符號；

步驟4：在F-GSM星座空間中，傳輸信號星座點間的歐氏距離是系統錯誤概率的決定性因素，所以通過聯合界技術獲得F-GSM誤碼率的理論上界，具體方法如下：

假設F-GSM的傳輸速率為R_F-GSM?bpcu，每次發射端從個可能的發射信號中選取一個信號進行發送，通過聯合界技術可以獲得采用ML檢測算法時F-GSM系統誤碼率理論的上界為

其中，d_H(x_i,x_j)表示x_i和x_j之間的漢明距離，即將信號x_i錯誤判決為x_j時產生的錯誤比特數，P(x_i→x_j|H)表示接收端已知信道矩陣H時，發送符號x_i被錯誤檢測為符號x_j的成對錯誤概率，H(x_j-x_i)表示錯誤符號x_j和發送符號x_i的差值與信道矩陣H的乘積。