[发明专利]一种基于GPU的水下无线光信道并行仿真方法

权利要求书

1.一种基于GPU的水下无线光信道并行仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

设定水下无线光通信中各光学特征参数；

CPU端将随机数的生成任务分配给GPU端，由GPU端生成满足所有预设光子运算的随机数；

通过对方位角、散射角以及步长的计算并赋值，确定光子在水下的吸收散射过程；

追踪各光子的所述吸收散射过程，将所有光子的所述吸收散射过程分配给GPU端运算；

所有光子的所述吸收散射过程结束后，将GPU端产生的运算数据拷贝至CPU端，并进行文本数据存储；

根据所述文本数据，统计到达接收端光子的时间，累加同一时间光子的能量得到光子权重与时间的关系曲线，统计到达接收端光子的位置，累加同一位置光子的能量得到光子权重与位置的关系曲线。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述CPU端将随机数的生成任务分配给GPU端的步骤包括：

所述CPU根据程序需求和GPU的型号确定块、网格、线程的维度与尺寸，并开辟相应数目的子线程，将计算任务分配给各个所述子线程。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述GPU端生成满足所有预设光子运算的随机数的步骤包括：

在GPU端预定义函数生成范围为0到1的随机数，通过一维数组存储决定随机方位角、步长以及散射角的随机数。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述追踪各光子的所述吸收散射过程，将所有光子的所述吸收散射过程分配给GPU端运算的步骤包括：

计算所述光子的随机步长；

通过所述随机步长、散射角、方位角确定所述光子的下一次传输方向及位置；

计算所述光子的权重；

根据当前所述光子的位置，判断此时所述光子是否到达接收面，若否则重复上述步骤，若是则统计该光子的位置、时间以及权重参数，并进行下一光子的散射碰撞；

判断是否是最后一个光子，若是则统计该光子的位置、时间以及权重参数，若否则重复上述步骤。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，将Z轴正半轴作为所述光子的传输方向，Z＝0表征为光源光子的集合。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述光子的随机步长的计算方式为：

其中，吸收系数α取值为0.1～3/m，散射系数β取值为0.01～3/m，信道的总衰减系数c＝α+β；r₁为随机数，取值范围为(0，1)，d为随机步长。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述方位角的计算方式为：

其中，方位角为所述光子的散射方向在XOY面上的投影与X轴正半轴的夹角，r₂为随机数，取值范围为(0，1)；

所述散射角的计算方式为：

其中，g为非对称因子，θ为散射角。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述光子的下一次传输方向为具体的计算方式为：

所述光子的下一次传输位置为(x_i+1,y_i+1,z_i+1)，具体的计算方式为：

其中，(x_i,y_i,z_i)为未到达接收端时光子上次碰撞后坐标，若光子为第一次碰撞，此时(x_i,y_i,z_i)为初始位置和初始随机散射方向。

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述光子的权重计算方式为：

W_i+1＝W_i·T_sca；

其中，W_i+1为散射i+1次后光子的权重，W_i为前i次光子权重损失之和，T_sca为水信道的单次散射率。

10.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述光学特征参数包括吸收系数、散射系数以及各向异性因子。