[发明专利]一种面向光子计数型水下无线光OOK通信系统的同步方法

权利要求书

1.一种面向光子计数型水下无线光OOK通信系统的同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以连续帧的形式传输数据，并将同步序列周期地嵌入到数据序列中；接收信号划分成长度相同的切片；

(2)同步时基于一帧长的接收信号，统计接收信号帧内各符号区间内的光子数，基于各符号区间内光子数的泊松分布模型，利用光子数组成的向量联合估计同步序列位置、数据、定时信号强度参数和背景强度参数以实现同步；利用最大似然检测等价于阈值检测，基于接收数据信号从大到小的排序结果将对数据的估计等价转化为对数据中符号“1”数目的估计，最后利用遍历搜索方法寻找同步序列位置，完成同步。

2.根据权利要求1所述的面向光子计数型水下无线光OOK通信系统的同步方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：

(1.1)以连续帧的形式传输数据，每帧长度为N个符号周期，包含L个符号的同步序列被周期地嵌入到发送数据中，接收一帧长的信号，其中一定包含同步序列；

(1.2)保证一帧信号的持续时间小于信道的相干时间，信道状态在一帧时间内被认为保持不变；

(1.3)将接收信号中每个符号周期划分成K个长度相同的切片,接收到的一帧长信号划分成N·K个长度相同的切片。

3.根据权利要求2所述的面向光子计数型水下无线光OOK通信系统的同步方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：

(2.1)从第k(1≤k≤NK)个切片开始，统计各符号区间内的光子数；令r_k表示从第k(1≤k≤NK)个切片开始接收信号帧内各符号区间所检测到的光子数组成的向量；

(2.2)基于各符号区间内光子数的泊松分布模型，利用r_k联合估计同步序列位置k、数据d、定时信号强度参数λ_s和背景强度参数λ_b以实现同步；令Pr(r_k|k,λ_s,λ_b,d)表示给定k,λ_s,λ_b,d时r_k的条件概率函数；采用联合最大似然估计，可以得到(k,λ_s,λ_b,d)的最优估计

其中，

上式中{s₁,s₂,…,s_L}表示已知的同步序列符号，{d₁,d₂,…,d_N-L}表示待估的数据序列符号；

(2.3)利用同步序列位置k和数据d给定时信号强度参数λ_s和背景强度参数λ_b的估计表达式，将原始同步优化公式(1)等效转化为：

其中，

(2.4)利用最大似然检测等价于阈值检测，基于接收数据信号从大到小的排序结果将对数据d的估计等价转化为对数据d中符号“1”数目Δ_d的估计，将公式(2)等效转化为：

其中，

遍历1到N·K之间的整数k、以及0到N-L之间的整数Δ_d，寻找使F₂(k,Δ_d)最大的选择对应的作为同步序列的起始位置，完成同步。

4.一种面向光子计数型水下无线光OOK通信系统的同步系统，其特征在于，具体包括：

数据规整模块，用于以连续帧的形式传输数据，并将同步序列周期地嵌入到数据序列中，接收信号划分成长度相同的切片；

同步序列定位模块，同步时基于一帧长的接收信号，统计接收信号帧内各符号区间内的光子数，基于各符号区间内光子数的泊松分布模型，利用光子数组成的向量联合估计同步序列位置、数据、定时信号强度参数和背景强度参数以实现同步；利用最大似然检测等价于阈值检测，基于接收数据信号从大到小的排序结果将对数据的估计等价转化为对数据中符号“1”数目的估计，最后利用遍历搜索方法寻找同步序列位置，完成同步。