[發明專利]一種水下激光通信系統的信道建模方法

有效

• 申請號: 202010996266.1
• 申請日: 2020-09-21
• 公開（公告）號: CN112235044B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 陳丹;劉艷榮;劉塬
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;H04B10/50;H04B10/80;H04B17/336;H04B17/391
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

1.一種水下激光通信系統的信道建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、建立非視距水下單粒子幾何散射模型；

步驟2、基于模擬前后向雙峰值散射的二項HG函數，得到非視距信道脈沖響應理論值表達式，具體包括以下步驟：

步驟2.1、基于二項HG函數模擬前后向雙峰值散射特性，得到散射相位函數的表達式為：

ζ(θ_s)＝aζ_f(g_f,θ_s)+(1-a)ζ_b(g_b,θ_s) (4)

式(4)中，θ_s為散射角；a為前向相位函數的權重，取值為(0,1)；ζ_f、g_f分別為前向散射相位函數及不對稱因子；ζ_b、g_b分別為后向散射相位函數及不對稱因子；μ為散射角余弦值即μ＝cosθ_s；

則發送端光束經散射體散射后的總能量為：

式(5)中，為微元粒子散射總能量；

粒子徑向及角坐標ψ＝l₁+l₂/l，η＝l₁-l₂/l；其中，l為理想傳輸路徑，即發射與接收端的最短直線距離；l₁為發射端至散射體所在的有效散射區域的距離；l₂為散射體所在的有效散射區域至接收端的距離；則光子經路徑l₂傳輸后，接收端單位接收面積的能量為：

式(6)中，E_T為發射端發送能量；b為散射系數；d為衰減系數；Ω_t為發射光束立體角；χ為散射體V至接收端的向量與接收視場角中心軸的夾角；為散射體的體積微元；

步驟2.2、將式(5)代入接收端單位接收面積能量表達式得到式(6)后，結合散射體體積微元表達式得有效散射后接收端的能量：

式(7)中，φ為粒子方位坐標；

步驟2.3、將ψ＝ct/l代入式(7)化簡后得信道脈沖響應理論值的表達式為：

式(8)中，c為光速，t為時間；α₁、α₂為發射、接收方位角，β₁為發射束散角，β₂為接收視場角；

步驟3、基于水下光子傳輸路徑進行MC仿真驗證。

2.如權利要求1所述的一種水下激光通信系統的信道建模方法，其特征在于，所述步驟1具體為：將系統噪聲假設為加性的高斯分布，基于激光光源的非視距水下激光通信系統建立水下信道等效數學模型：其中，x(t)為發送端信號，n(t)為加性高斯白噪聲，獨立于發送光信號，y(t)為接收端接收信號，h(t)為信道脈沖響應。