[發明專利]一種海洋無線光通信MIMO系統的判決閾值設計方法

有效

• 申請號: 202010477673.1
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111682900B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 江明;陳文俊
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04B10/114
• 分類號: H04B10/114;H04B10/50;H04B10/69;H04B7/0413;H04B7/0456
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

1.一種海洋無線光通信MIMO系統的判決閾值設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：構建具有多條通道的MIMO UWOC系統、預編碼矩陣和均衡矩陣；

S2：將MIMO UWOC系統的發送信號采用直流偏置向量進行處理，保證傳輸信號的非負性；

S3：MIMO UWOC系統接收端接收到發送信號后，經過均衡矩陣和直流去除操作后，得到等效接收符號表達式；

S4：基于等效接收符號表達式計算等效接收符號的PDF；

S5：根據PDF計算系統各個數據流上的SER表達式；

S6：以最小化SER為目標，計算出應用到系統各條數據流上的最優DT；

其中，PDF表示概率密度函數，SER表示誤符號率，DT表示判決閾值；

所述步驟S1具體為：

構建一個N_r×N_t的MIMO UWOC系統由N_t個激光發射器和N_r個PD組成，發送數據源向量為s＝[s₁,…,s_K]^T，其中K≤min{N_t,N_r}表示數據總流數，[·]^T表示向量轉置操作符；向量s中的每個元素取自獨立的零均值PAM符號，且滿足-u_k≤s_k≤u_k，其中u_k＞0是每個符號的上界；同時假設預編碼矩陣和均衡矩陣分別為和

所述步驟S2具體為：不失一般性，假設線性的電光轉換過程以及單位發送增益，發送信號x表示為x＝Fs+p，其中表示DC偏置向量，用來保證傳輸信號的非負性；

所述步驟S3具體為：

在接收端，光信號經PD通過光電轉換輸出為電信號，其中接收信號的向量表達式為y＝Hx+n＝H(Fs+p)+n，其中表示水下信道矩陣，表示零均值的AWGN向量，其協方差矩陣為R_n；

接收信號經過均衡矩陣G和DC去除操作后，得到等效接收符號表達式為其中d＝Gy表示經過均衡后的符號，表示靜態水體的信道增益矩陣，具體為：

基于湍流效應模型，將H分解為其中表示靜態水體的信道增益矩陣，表示湍流衰落系數矩陣，表示哈達瑪積；同時，中的各元素滿足相互獨立并服從對數正態分布；

在所述步驟S4中，記Μ為M進制PAM星座符號的全集，而Μ_(m),m＝1,…,M為Μ中的第m個符號；然后記s^(k,m)∈Σ^(k,m),k＝1,...,K為當Μ_(m)在第k個數據流上發送時的數據向量，其中Σ^(k,m)＝{s|s_k＝Μ_(m)}是s^(k,m)的全集，它含有M^K-1個元素；此外，記r^(k,m)和d^(k,m)分別為當x^(k,m)＝Fs^(k,m)+p發送時的等效接收符號向量和均衡符號向量，同時r^(k,m)和d^(k,m)在第k條數據流上的具體符號分別為和

在所述步驟S4中，根據等效接收符號表達式計算得到：

其中a_[k]代表向量a的第k個元素，是在接收端去除的DC偏置的第k個元素；同時得到：

其中分別記和為

和

其中代表x^(k,m)的第j個元素，n_i是n的第i個元素，和g_i,j分別是和G的第(i，j)個元素；

在所述步驟S4中，等效接收符號的PDF計算過程具體為：

記的PDF為注意到在給定G和時為與無關的常數，因此將表示為：

其中表示的PDF，由下式求得：

其中*表示卷積運算，和分別是和的PDF；根據的表達式可知是多個獨立的零均值正態分布隨機變量的加權和，因此服從均值為0，方差為的正態分布，其PDF表示為：

根據x^(k,m)的定義，由于x^(k,m)和s^(k,m)一樣有M^K-1種可能的取值，在假設等符號發送概率的情況下，由下式計算：

其中是發送第l個數據向量l＝1,...,M^K-1時，的條件PDF，其計算表達式為：

其中定義且最后根據隨機變量變換定理，則通過下式進行計算：

其中sgn(·)表示符號函數，和分別是服從高斯分布的對數幅度的均值和方差，至此求得的PDF。