[发明专利]信道冲激响应双伽马函数LS拟合系数迭代初值求解方法及系统

说明书

本发明公开信道冲激响应双伽马函数LS拟合系数迭代初值求解方法及系统，直接采取调用Matlab软件中优化工具箱(Optimization Toolbox)固有的“非线性最小二乘曲线拟合”函数Lsqcurvefit，来求取UWOC系统中，经蒙特卡洛仿真获得的海岸和海港两种水质下、信道冲激响应数据双伽马（Double Gamma）函数拟合的最终优化系数，特别是在调用函数Lsqcurvefit所需的“确定拟合系数迭代初值”这一关键环节，提出了一种将双伽马函数分解成前后两个加权项，通过获得不同权重值下两个超定方程组的最小二乘解、以及计算相应拟合误差的最小均方误差根值（RMSE）的方法来确定合适的拟合系数迭代初值的有效思路，并在此基础上获得最终的拟合函数拟合系数解。

技术领域

本发明属于水下无线光通信(UWOC)技术领域，具体涉及信道冲激响应双伽马函数LS 拟合系数迭代初值求解方法。

背景技术

随着国内外对海洋资源的日益重视和不断开发，水下无线光通信(UnderwaterWireless Optical Communications,UWOC)逐渐成为研究热点。UWOC是在可见光的蓝绿光波段进行信息数据传输，可以实现远比传统声波通信更加快捷、可靠的一种新兴的传输手段。基于模拟光子在传输介质中的散射运动轨迹的蒙特卡洛方法，是一种近年来广泛运用于海洋等水下环境研究UWOC系统信道传输特性的有效方法，其基本原理即把光源发出的光束在海水中的传输，看成是由很多光子在海水中沿传输方向进行前向或后向运动的物理过程，且这些光子在海水中传输时会和水中的微粒发生碰撞，进而呈现出不同程度的散射和吸收的情况；接收机通过统计这些接收光子的数量、损耗、运动路径等信息即可得到包括信道冲激响应、相对接收功率等关键信道特征。

目前，针对UWOC系统的已有研究中，仍没有一个通用的闭形数学表达式可以准确地表示所有水质环境中的水下光通信信道冲激响应曲线。直到2014年，清华大学的ShijianTang (Impulse response modeling for underwater wireless optical communicationlinks,IEEE Trans.on Communications,Vol.62,No.1)提出了一种采用双伽马函数来拟合经蒙特卡洛仿真获得的信道冲激响应数据的方法，可以在海岸(coastal water)和海港(harbor water)两种水质，亦即多散射环境下比较准确地模拟信道冲激响应曲线。鉴于双伽马函数在多散射环境下有较好的拟合效果，其一经提出就在后续有关对UWOC信道建模的研究中得到了广泛运用。然而令人遗憾的是，在该论文中并没有提及如何求解双伽马函数拟合系数的具体方法与步骤，只是非常简略地声称可以借助Matlab里面的曲线拟合进行计算求解。显然，这对后续进行 UWOC信道仿真复现的研究人员来说将是很大的困扰。同时，据我们调研，不论是早期研究已比较深入的陆地无线光通信(WOC)还是近年来新兴的UWOC，其所涉及的有关拟合信道冲激响应方面的文献中，都没有提到具体的确定拟合函数系数的方法，几乎清一色笼统地声称可以借助数值计算软件通过最小二乘(Least Squares,LS)拟合计算获得；显然，这是没有理论说服力的，一般读者也很难重现他们的数值结果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种信道冲激响应双伽马函数LS拟合系数迭代初值求解方法，直接采取调用Matlab软件中优化工具箱(OptimizationToolbox)固有的“非线性最小二乘曲线拟合”函数Lsqcurvefit，来求取UWOC系统中，经蒙特卡洛仿真获得的海岸和海港两种水质下、信道冲激响应数据双伽马(Double Gamma)函数拟合的最终优化系数，特别是在调用函数Lsqcurvefit所需的“确定拟合系数迭代初值”这一关键环节，提出了一种将双伽马函数分解成前后两个加权项，通过获得不同权重值下两个超定方程组的最小二乘解、以及计算相应拟合误差的最小均方误差根值(RMSE)的方法来确定合适的拟合系数迭代初值的有效思路，并在此基础上获得最终的拟合函数拟合系数解。

本发明公开信道冲激响应双伽马函数LS拟合系数迭代初值求解方法，包括：