[发明专利]基于EW复合信道模型的MPPM-FSO系统硬解调误符号率计算方法

说明书

本发明公开了一种基于EW复合信道模型的MPPM‑FSO系统硬解调误符号率计算方法，包括：1)基于EW分布，考虑到点误差的影响，建立点对点的自由空间光通信复合信道模型；2)根据EW湍流和点误差复合信道模型的累积分布模型和概率分布模型确定最佳判决门限和动态判决门限的门限值；3)计算每个时隙在受到EW湍流和点误差复合信道干扰情况下的错误判决的概率；4)利用高斯拉盖尔多项式，得到误符号率的闭合表达式。本发明方法中的复合信道模型相较于单一的大气湍流模型考虑了点误差对系统性能的影响，该方法复杂度低，误符号率系统性能上优于其他硬解调算法，更为符合实际情况。

技术领域

本发明涉及无线光通信系统中的(N,M)MPPM调制方式基于指数韦伯分布在考虑点误差影响的情况下的采用最佳判决门限和动态判决门限硬解调计算方法，属于无线光通信技术领域。

背景技术

无线光通信，又常常被称作自由空间光通信(Free space opticalcommunication)，即FSO通信。FSO通信是以光波作为载体，在自由空间传输介质中传递通讯信息的一种新型的宽带无线通信手段，它具有成本低廉、架设灵活便捷、抗电磁干扰能力强、保密性好、无需频率资源许可、频带宽等优点，受到了大家的广泛关注。尽管无线光通信有其独特的优势，但是它也受到了诸多因素的影响和制约。在FSO系统中，光束以大气作为传输介质，而大气环境复杂多变，通信链路无疑会受到大气层的干扰。到目前为止，大量研究表明大气湍流是影响通信性能的最主要因素之一，该效应会引起信号在接收端发生振幅和相位的随机抖动，进而导致明显的光强闪烁效应，大大降低了通信系统性能。FSO通信系统除了受到大气湍流这一主要因素的影响，还受到了其它非大气因素的制约。点误差是另一个制约通信质量的主要因素，它是由热膨胀、轻微地震、风速的变化等随机抖动因素造成的发送端和接收端固定平台随机晃动而引起的。而无线光通信系统所采用的光束都较窄，发收两端平台的随机晃动会造成光束的非对准，使得到达接收端的光信号发生随机衰减，进而影响了通信链路性能。为了更好地研究大气衰落对FSO系统的影响，科研人员先后提出了不同的大气信道模型，例如对数正态分布(log-normal,LN)模型(适用于弱湍情况)，K分布模型(适于强湍条件)，以及双伽玛(Gamma-Gamma,GG)分布模型(适用于强、中、弱三湍情况)。其中，GG模型受到了广泛的关注和研究，GG分布模型的数学形式易于处理，并且在使用小孔径接收机时，理论结果能很好的和弱、中、强三种湍流情况下的仿真与实验数据吻合。然而考虑孔径平均效应时，在中到强湍的情况下GG分布模型的结果和实验数据吻合的不是很好。2012年，R.Barrios和F.Dios基于韦伯分布模型，结合激光在湍流中传输的相关性质和孔径平均的物理意义，提出了指数韦伯(exponentiated Weibull,EW)模型。通过和不同孔径大小与不同湍流强度下的仿真和实验数据进行对比，表明该模型能够在任意孔径和任意湍流的情形下描述接收机平面上光强的随机起伏情况。

目前的数字光通信系统大多为强度调制/直接检测(IM/DD)系统，常用的调制方式有开关键控(on-off keying,OOK)和脉冲位置调制(pulse position modulation,PPM)。而新型的多脉冲位置调制(Multipulse Pulse Position Modulation,MPPM)方式，相对于OOK和PPM来说能够提高带宽利用率和功率效率。

硬解调是自由空间光通信系统中一种常用的解调方法，它通过判决门限把受到噪声和衰落影响的信号判定为相应的调制电平。而固定判决门限是其中最简单易得的，但容易产生错误阈值。而最佳判决门限和动态判决门限可以消除这个错误阈值，提高判决的准确度，从而提升系统性能。

目前的问题在于：由于MPPM的复杂性，关于其硬解调特性的报道较少。目前已知硬解调系统算法大多是只考虑大气湍流的作用，而没有考虑点误差的影响。因此，不能用于指导实际的FSO通信系统接收机设计。所以考虑到点误差和EW分布大气湍流的复合作用，基于MPPM调制采用最佳判决门限和动态判决门限进行硬解调判决，计算无线光通信系统的误符号率性能实属当前十分重要的研究方向。

发明内容