[发明专利]一种无线光通信中恒定阈值的信号检测方法及系统

说明书

本发明公布了一种无线光通信中采用恒定阈值判决的信号处理和判决方法及系统，将信号光电流进行模数转换后进行数字低通滤波，来提取大气信道光强闪烁信息，并将数字接收信号除以该低通滤波输出，进而以恒定值作为判决阈值对待判决信号进行判决。系统包括：光源，信号源，强度调制器，发射天线，大气信道，接收天线，光电探测器，模数转换器，延时模块，低通滤波器，除法运算模块和判决模块。本发明由于不涉及任何的帧结构处理和复杂运算，因而具有很高的实时性；本发明也不需要复杂的硬件模块；因此，本发明特别适用于高速大容量的数据传输应用。

技术领域

本发明属于光学、光电子学、电子学及光通信技术领域，涉及光通信中的信号检测技术，具体涉及一种无线光通信中自适应阈值的信号检测方法及无线光通信系统。

背景技术

近年来，无线光通信(OWC)以其高数据速率、低系统成本、易架设、抗电磁干扰和免许可等特性引起广泛的研究和应用。由于这些特点，OWC系统成为大容量通信、应急通信、临时通信和最后一公里问题等场景的吸引人的解决方案。由于相干系统的高复杂性，现有的OWC系统大多采用强度调制直接探测(IM/DD)方案。特别地，开关键控(OOK)调制作为IM/DD中最简单易行的一种，被广泛地应用在现有的OWC系统中。然而，经过大气湍流信道的OWC链路特别容易受到大气状况的影响，这些影响将导致OOK信号的强度发生起伏。由大气湍流导致的光强闪烁会造成接收信号的起伏，判决阈值的选取是OOK调制无线光通信系统中的关键问题。

在现有的方案中，针对OOK调制信号的判决方案大体可以分为四类：一是盲判决，二是导频辅助判决，三是基于似然比的判决，四是基于相关信道的判决。这些现有的判决方案具有以下特征：

1)盲判决是一种最简单的判决方案，它假定在一定长度的观察窗口内，光强闪烁是恒定的。然后，利用观察窗口内的数据提取出这个恒定的光强闪烁，从而对整个窗口的信号进行判决。这种方案的性能在窗口长度足够大的时候能接近理想最大似然判决的水平。然而，当观察窗口内出现全‘0’或者全‘1’序列的时候会出现误码平台，限制了方案的性能。

2)在导频辅助判决方案中，传输数据被划分成帧，在每一帧的有效数据前会添加已知的导频序列。在接收端，经过信号同步后，光强闪烁信息可以从已知的导频序列中提取出来。然而，这种方案会造成信号带宽的损失，帧结构的引入也会增加算法的复杂度，同时在光强闪烁信道中帧同步也是一个难题。

3)基于似然比的判决利用似然比测试来提取光强闪烁和判决信号，其原则是使似然比最大化。这种方案的误码率性能非常好。但是它的缺点也是非常明显的：该方案需要进行复杂的积分和搜索算法来得到使得似然比最大的解调输出。这就意味着，在每个序列中都会引入较大的延时，从而无法应用在高速实时系统中。

4)基于相关信道的判决方案通过采用多个临近波长的相关信道来提取光强闪烁。该方案无需进行复杂计算，也无需任何帧结构。但是其缺点也是明显的，多路激光载波的发射需要多个激光器和探测器，导致系统的硬件复杂度增大。

可见，现有的判决阈值选取方案存在的问题或是损失带宽效率，或是实时性差，或是硬件复杂度高，均不适用于高速大容量通信。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种恒定阈值检测方案，通过低通滤波来提取光强闪烁信息；然后将数字接收信号除以该低通滤波输出得到待判决信号，待判决信号以恒定值为阈值进行判决。本发明提供的恒定阈值判决方案无需复杂运算、帧结构和多载波调制，从而具有很高的实时性和低复杂度，特别适用于高速大容量数据的实时传输应用。