[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

一種無線光通信中的完全廣義空間調制方法，用于數據傳輸的激光器從僅激活一個激光器到激活多個甚至所有激光器而變化，這使得傳輸速率與激光器數量呈線性比例關系，顯著提高了系統的傳輸速率。同時，為了充分利用激光器組合冗余，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。相對于傳統的光空間調制，本發明不僅實現了傳輸速率和激光器數量之間的線性關系，且解決了激光器數必須為2的整數次冪的問題，顯著提升了系統的傳輸速率。同時，通過激光器選擇算法的引入，有效的改善了系統的誤碼性能。

技術領域

本發明涉及一種無線光通信中的完全廣義空間調制方法，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，屬于無線光通信技術領域。

背景技術

大氣激光通信由于其傳輸速率高、保密性好、無需頻率許可等優勢引起了研究者的廣泛關注。雖然光載波的頻率很高，光信號的帶寬可以超過1THz。但在實際使用中，由于受大氣衰減、瞄準誤差、大氣湍流以及電子器件速度的限制，傳輸速率常常被限制到10Gb/s或者更低。這就難以滿足全業務以及互聯網迅速發展所帶來的對高速率、大容量的通信需求。如何提高大氣激光通信系統的傳輸速率，同時加快其推廣應用已迫在眉睫。

近年來，為了提高大氣激光通信的傳輸速率、抵御大氣湍流效應，光空間調制(Optical?Spatial?Modulation，OSM)應運而生。它是一種新型的光多輸入多輸出(OpticalMultiple?Input?Multiple?Output，OMIMO)技術，可有效解決傳統OMIMO中的不足。光空間調制不僅采用傳統數字調制星座(即信號域)傳遞信息，而且還通過激光器索引(即空間域)額外攜帶信息。這樣一來，激光器不僅是形成無線鏈路的媒介，而且還承載著信息本身。所以，它為提高系統的傳輸速率提供了一種有效措施。鑒于此，學者圍繞如何設計高效的光空間調制展開了廣泛研究。

早期的光空間調制起源于室內可見光通信。Thilo?Fath等人采用脈沖幅度調制(Pulse?Amplitude?Modulation，PAM)提出了不同的光空間調制，通過提高頻譜效率實現了傳輸速率的提升。但由于高階PAM調制對接收機噪聲和大氣湍流非常敏感，所以導致其誤碼性能并不理想。鑒于此，Wasiu?O.Popoola等人利用脈沖位置調制(Pulse?PositionModulation，PPM)構建了光空間調制，獲得了較好的誤碼性能。但當調制階數較高時，保證激光器和探測器之間嚴格同步的難度大大增加。且在上述研究中，每次傳輸時僅激活了一個激光器，這雖然有效解決了信道間干擾和激光器同步困難等問題，但其由于每次僅激活一個激光器而明顯限制了空間資源的利用率；而且它還要求激光器數必須為2的整數次冪。為此，S.P.Alaka和Hammed?G.Olanrewaju分別利用PAM和PPM調制，通過同時激活少量的激光器而構建了不同的光廣義空間調制(Optical?Generalized?Spatial?Modulation，OGSM)。該方案通過提高空間資源的利用率實現了系統傳輸速率的提升，同時還解決了激光器數必須為2的整數次冪的問題。

雖然上述研究都各具一定的特色，但它們存在一個共同的不足，即傳輸速率與激光器數量之間呈對數比例關系。這使得系統傳輸速率的提升受限，而且與垂直分層空時碼(Vertical-BLAST，V-BLAST)的傳輸速率相比，還有較大的差距。為獲得與V-BLAST相同的傳輸速率，OSM系統就需要額外增加激光器，造成空間資源的浪費。基于此，本發明在激光器總數不變的情況，充分利用所有可能的激光器組合，提出了一種無線光通信中的完全廣義空間調制(Fully?Generalized?Spatial?Modulation，F-GSM)方法。該方法實現了傳輸速率和激光器數量之間的線性關系，且解決了激光器數必須為2的整數次冪的問題。同時，采用基于信道范數最大化的算法選擇激活激光器，有效的改善了F-GSM系統的誤碼性能。

發明內容