[发明专利]一种适合于对数正态湍流信道的增强型光空间调制方法

说明书

一种适合于对数正态湍流信道的增强型光空间调制方法,主要包括对二进制信息块进行空间域映射和信号域映射、接收信号的检测与解映射、增强型光空间调制系统误码率上界的计算。其中，空间域映射是将激活的不同激光器序号组合分为三类，信号域映射则是依据映射规则确定不同类激活激光器上映射的脉冲位置调制符号。映射后的信号由光学天线发送出去，经过大气湍流信道、接收光学天线后由光电探测器转换为电信号。再利用最大似然译码检测算法完成激光器序号和数字调制信号的检测，并经相应的解映射后即可恢复发端比特信息。进一步，利用联合界技术推导了增强型光空间调制的误码率上界。

技术领域

本发明涉及无线光通信技术领域，具体是针对对数正态湍流信道提出了一种激活激光器数目可变的增强型光空间调制方法，进一步提高了光空间调制的传输速率和频谱效率。

背景技术

传统多输入多输出(MIMO)技术因其容量大、可靠性高成为近十年来无线光通信(WOC)领域的研究热点之一。但由于其信道间干扰强、子信道间同步要求高、接收信号处理复杂等缺点限制了其在实际中的广泛应用。为了实现目前无线光通信领域提出的高速、可靠、低能耗的通信目标，空间调制(SM)应运而生。它作为一种新型的MIMO传输技术，可灵活应用空间资源，将传统的二维调制符号星座图扩展到三维，通过激活的激光器索引号和数字调制符号共同传递信息。同时，由于每次在同一字符周期内仅激活一个激光器，可有效地避免信道间干扰和同步问题。因此，空间调制为实现大容量、高速率传输提供了一种有效途径。

Haas等人最早提出了光空间调制(OSM)，并给出了OSM的性能界。目前，光空间调制的研究已在室内可见光通信(VLC)领域取得了丰硕的成果。其中，Fath等人将空移键控(SSK)和脉冲幅度调制(PAM)相结合，推导了VLC系统中OSM的平均误比特率(ABEP)。同时指出了，在强相关信道下空间调制(SM)比重复编码和空间复用(SMX)更具优势。随后，学者将OSM的研究扩展到室外大气激光通信中，并取得了一定的研究成果。其中，Jaiswal等人分别在对数正态、Gamma-Gamma、负指数湍流信道模型下，结合瞄准误差推导出了SSK系统的平均误码率和信道容量。但由于SSK仅利用激光器索引号传输信息，导致其传输速率和频谱效率不够理想。为此，Pham等人将脉冲位置调制(PPM)引入OSM中，提出了一种适合于WOC的空间脉冲位置调制(SPPM)。虽然该方案提高了系统的传输速率、误码性能和功率增益，但系统的频谱效率会随着其调制阶数的提高而降低。后来，等人将PAM和PPM相结合，提出了一种空间脉冲位置-幅度调制(SPPAM)，实现了系统频谱效率和能量效率之间的有效折中。

上述方案由于每时刻仅激活一个激光器，使其空间资源利用率受限，同时也在一定程度上限制了传输速率和频谱效率的提升。基于此，部分学者针对VLC提出了广义空间调制(GSM)，即通过每时刻激活多个激光器，利用激光器组合的索引号和数字调制符号共同携带比特信息来提高系统的传输速率和频谱效率。但GSM真正可利用的激光器组合仅是2的幂次方，激光器组合冗余度较高，会造成空间资源的浪费。因此，为了进一步提高系统的传输速率和激光器利用率，本发明利用每次可灵活选择激活一个或两个激光器的组合来增大空间域映射，并利用脉冲位置调制(PPM)的特点在不同类的索引组合上映射不同的PPM调制符号，构建的一种激活激光器数目可变的增强型光空间调制(EOSM)，该方法为提升无线光通信系统的性能具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

在不增加成本的情况下，为了尽可能的提高光空间调制的传输速率和频谱效率，本发明提出了一种激活激光器数目可变的增强型光空间调制方法。其目标在于充分利用空间资源和PPM调制的特点，在保证系统误码性能的前提下提高其传输速率和频谱效率。