[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

本發明公開的一種水下激光通信系統的信道建模方法，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；步驟3、基于水下光子傳輸路徑進行MC仿真驗證。本發明一種水下激光通信系統的信道建模方法，得出的海岸水域的信道脈沖響應仿真與所建信道模型的理論值擬合效果更好，進而驗證了水下光子傳輸信道模型的有效性，切實可行，易于實現。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體涉及一種水下激光通信系統的信道建模方法。

背景技術

水下激光通信系統通常以純水或海水為傳輸媒介，以激光為信息載體進行信息傳輸。但水下鏈路環境復雜，其組成、密度會隨時間、空間的變化而不同，因此水下信道具有復雜的隨機參數。激光光束在水下信道中傳播時，因信道復雜多變而發生多種物理效應。雖通過實驗測量手段可獲取可靠數據，但操作困難，且信道的復雜多變限制了實驗數據的有效性。因此建立合理有效的信道模型，理論分析光脈沖的傳輸特性對于水下激光通信的穩定性及可靠性至關重要。傳統上大多基于雙伽馬函數(DGF：Double Gamma Functi ons)以及加權雙伽馬函數(WDGF：Weighted Double Gamma Functions)進行蒙特卡羅法(MC：MonteCarlo method)仿真，且僅考慮前向散射。而同時考慮含前后向散射的散射相位函數，可以更全面地描述散射效應對于水下通信的影響，建立更為準確的信道模型并得到信道脈沖響應理論表達式，從而進一步提高水下信道建模研究的可靠性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水下激光通信系統的信道建模方法，解決了現有信道建模基于DGF以及WDGF函數，僅考慮前向散射而進行MC仿真導致的水下激光通信誤碼率較高的問題。

本發明所采用的技術方案是：一種水下激光通信系統的信道建模方法，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；

步驟3、基于水下光子傳輸路徑進行MC仿真驗證。

本發明的特點還在于，

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。

步驟2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；