專利名稱：無線光通信 ook 數(shù)字調(diào)制方式的信道估計(jì)及軟解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線光通信系統(tǒng)的信道估計(jì)方法以及在此方法基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的軟解調(diào)方法，屬于無線光通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線光通信系統(tǒng)采用大氣信道作為傳輸媒介，而大氣不均勻性造成的湍流現(xiàn)象會導(dǎo)致大氣折射率隨機(jī)起伏。這種折射率的起伏現(xiàn)象又會導(dǎo)致接收端接收到的比特信號強(qiáng)度的隨機(jī)起伏，使接收信號受到嚴(yán)重干擾，造成通信誤碼率的上升，這嚴(yán)重影響了無線光通信的可靠性和穩(wěn)定性。但由于安全要求(如人眼安全)和可移動性等方面的考慮，無線光通信系統(tǒng)的發(fā)射功率受到很多限制。要在功率受限的條件下保證正常的通信，就需要提高功率效率并結(jié)合信道編碼技術(shù)(Turbo、RS、LDPC等)來盡可能的降低系統(tǒng)的誤碼率。開關(guān)鍵控調(diào)制(OOK)技術(shù)是目前最常用的無線光通信調(diào)制技術(shù)，與其他調(diào)試技術(shù)相比，OOK比較簡單，容易實(shí)現(xiàn)，是比較理想的調(diào)制方式。同時，對光無線信道的預(yù)測、估計(jì)和跟蹤能力，將直接影響和決定無線信道的傳輸能力和利用效率。目前，已經(jīng)提出的信道估計(jì)方法可以大致分類為盲估計(jì)，這類方法利用調(diào)制信號本身固有的、與具體承載信息比特?zé)o關(guān)的一些特征(如子空間、有限符號集、循環(huán)平穩(wěn)等)，或是采用判決反饋的方法來進(jìn)行信道特征估計(jì)；基于訓(xùn)練序列的估計(jì)，這類方法按一定估計(jì)準(zhǔn)則確定待估參數(shù)值，或者按某些準(zhǔn)則進(jìn)行逐步跟蹤和調(diào)整待估參數(shù)的估計(jì)值，其特點(diǎn)是需要借助參考信號(導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列)；半盲估計(jì)，這類方法是介于盲估計(jì)與基于訓(xùn)練序列估計(jì)這兩種方法之間的信道估計(jì)方法。在上述的各種信道估計(jì)方法中，盲估計(jì)不需要訓(xùn)練序列，只利用接收信號本身的特性來完成信道參數(shù)估計(jì)，從而避免了訓(xùn)練序列導(dǎo)致的系統(tǒng)傳輸效率的降低和對原有數(shù)據(jù)透明性的破壞，非常具有應(yīng)用價值。在接收端，通常的解調(diào)方式分為硬解調(diào)和軟解調(diào)。硬解調(diào)是指通過判決門限或者其他方法把含噪聲的信號判定為相應(yīng)的調(diào)制比特，技術(shù)簡單、比較容易實(shí)現(xiàn)，但性能往往不夠理想；軟解調(diào)是指對于接收到的信號，不急于做判決，而是通過計(jì)算相應(yīng)比特的軟信息，來提高判決的準(zhǔn)確性，降低系統(tǒng)誤碼率。對于OOK調(diào)制系統(tǒng)來說，在具有完善的信道狀態(tài)信息(CSI)的條件下，其最佳解調(diào)
門限為&=￥+/6，即接收信號幅度(Is)的一半加上背景噪聲的均值(Ib)。但在實(shí)際應(yīng)用
中，接收端一般不知道CSI信息，所以判決門限的選擇會極大的影響系統(tǒng)的誤碼性能。另夕卜，由于無線信道的復(fù)雜性，實(shí)際應(yīng)用中信道編碼往往成為保證通信質(zhì)量必要的技術(shù)手段，而軟判決譯碼的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于硬判決譯碼，所以為了適應(yīng)實(shí)際的無線光通信系統(tǒng)需要，設(shè)計(jì)出一種可以計(jì)算比特軟信息的OOK軟解調(diào)方式是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無線光通信OOK數(shù)字調(diào)制方式的信道估計(jì)及軟解調(diào)方法。
本發(fā)明是無線光通信OOK數(shù)字調(diào)制方式的信道估計(jì)及軟解調(diào)方法，其步驟為(I)建立無線光通信大氣信道數(shù)學(xué)模型；(2)根據(jù)步驟⑴建立的無線光通信大氣信道數(shù)學(xué)模型，建立信道估計(jì)的接收序列有限符號子集，即的數(shù)據(jù)觀察窗口，以其均值為初次判決門限，對窗口內(nèi)接收到的OOK信號進(jìn)行檢測判決，分離出‘O’、‘I’信號所在時隙的接收值序列；(3)為提高判決的準(zhǔn)確性，分別統(tǒng)計(jì)‘O’、‘I’符號的個數(shù)，調(diào)整判決門限，作二次判決；(4)利用步驟3得到的‘0’序列估計(jì)信道噪聲方差，利用‘I’序列和‘0’序列之間
的數(shù)學(xué)運(yùn)算估計(jì)接收信號的強(qiáng)度；(5)根據(jù)步驟4得到的噪聲方差和接收信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)計(jì)算OOK下一比特的對數(shù)似然比。本發(fā)明利用接收序列有限符號子集完成了信道狀態(tài)信息的盲估計(jì)，為后續(xù)信道編碼的軟判決提供了基礎(chǔ)。該方法主要使用數(shù)字序列求和與求積計(jì)算，算法的復(fù)雜度低，軟硬件實(shí)現(xiàn)比較容易。雖然在性能上不如使用導(dǎo)頻的信道估計(jì)算法，但系統(tǒng)復(fù)雜度的降低和性能的損失相比是值得的。


圖I是無線光OOK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)模型，圖2是OOK數(shù)字序列信號波形，圖3是本發(fā)明所述方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖以具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。本實(shí)施例僅表示對本發(fā)明的原理性說明，不代表對本發(fā)明的任何限制。本發(fā)明無線光通信OOK數(shù)字調(diào)制方式的信道估計(jì)及軟解調(diào)方法，如圖I所示，首先建立大氣信道的數(shù)學(xué)模型并分析湍流等造成信號干擾的噪聲特性。無線光通信大氣信道數(shù)學(xué)模型按以下方式建立由大氣湍流引起的光強(qiáng)閃爍現(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲，因?yàn)槠漕l率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于信號頻率，所以可假設(shè)為乘性噪聲，將背景光噪聲和通信系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的電子噪聲假設(shè)為加性高斯白噪聲。設(shè)s(k)為發(fā)送信號序列，r(k)為接收信號序列，則信道的數(shù)字模型為r (k) =s (k) I (k) +Ib (k) +n (k)I(k)為大氣信道的乘性噪聲，Ib (k)表示背景光噪聲，且有Ib (k)≥O。n(k)表示均值為O、方差為σ2的加性高斯噪聲。大氣信道的乘性噪聲I (k)為信道狀態(tài)信息，可以表征為大氣湍流強(qiáng)度，弱湍流表征為對數(shù)正態(tài)分布、中等湍流表征為雙gamma分布、強(qiáng)瑞流標(biāo)準(zhǔn)為負(fù)指數(shù)分布。依據(jù)已建立的無線光通信大氣信道數(shù)學(xué)模型，利用接收到的信號信息建立一個接收數(shù)據(jù)觀察窗口。需要說明的是，觀察窗口中數(shù)據(jù)的更新采用滑動窗口機(jī)制，即在完成了一個碼字的判決后，將該碼字加入到觀察窗口當(dāng)中，而將窗口中最早的一個碼字從窗口中刪除。以保證窗口序列與要判決碼字保持較強(qiáng)的信道相關(guān)性。設(shè)窗口的大小為N = 50個時隙，假定湍流的相干時間為I毫秒，那么在一個發(fā)送速率為100兆比特每秒的無線光通信系統(tǒng)中，每毫秒可發(fā)送IOOk比特，那么可以假設(shè)在8個時隙的觀察窗口中，I (k)保持不變，設(shè)為Is，其背景噪聲的均值設(shè)為Ib。這時信道的數(shù)字模型表示為
權(quán)利要求
1.無線光通信OOK數(shù)字調(diào)制方式的信道估計(jì)及軟解調(diào)方法，其步驟為 (1)建立無線光通信大氣信道數(shù)學(xué)模型； (2)根據(jù)步驟(I)建立的無線光通信大氣信道數(shù)學(xué)模型，建立信道估計(jì)的接收序列有限符號子集，即數(shù)據(jù)觀察窗ロ，以其均值為初次判決門限，對窗口內(nèi)接收到的OOK信號進(jìn)行檢測判決，分離出‘O’、‘I’信號所在時隙的接收值序列； (3)為提高判決的準(zhǔn)確性，分別統(tǒng)計(jì)‘O’、‘I’符號的個數(shù)，調(diào)整判決門限，作二次判決； (4)利用步驟3得到的‘0’序列估計(jì)信道噪聲方差，利用‘I’序列和‘0’序列之間的數(shù)學(xué)運(yùn)算估計(jì)接收信號的強(qiáng)度； (5)根據(jù)步驟4得到的噪聲方差和接收信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)計(jì)算OOK下一比特的對數(shù)似然比。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線光通信OOK數(shù)字調(diào)制方式的信道估計(jì)及軟解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟(I)建立的無線光通信大氣信道數(shù)字模型，具體按以下過程實(shí)施把大氣湍流引起的噪聲假設(shè)為乘性噪聲，把背景光噪聲和通信系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的電子噪聲假設(shè)為加性高斯白噪聲。設(shè)s(k)為發(fā)送信號序列，！'(k)為接收信號序列，則信道的數(shù)字模型為 r (k) =s (k) I (k) +Ib+n (k) I(k)為大氣信道的乘性噪聲，Ib表示加性噪聲的均值，n(k)表示均值為O、方差為σ2的加性高斯噪聲；大氣信道的乘性噪聲I (k)為信道狀態(tài)信息，表征為大氣湍流強(qiáng)度，弱湍流表征為對數(shù)正態(tài)分布、中等瑞流表征為雙gamma分布、強(qiáng)瑞流標(biāo)準(zhǔn)為負(fù)指數(shù)分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線光通信OOK數(shù)字調(diào)制方式的信道估計(jì)及軟解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟(2)建立觀察窗ロ，確定初次判決門限，具體按以下過程實(shí)施設(shè)窗ロ的大小為N個時隙；湍流的相干時間一般在I至100毫秒數(shù)量級，那么在一個發(fā)送速率在數(shù)百至數(shù)千兆比特每秒的無線光通信系統(tǒng)中，能夠假設(shè)在N的取值很小的時候，I(k)保持不變，設(shè)為Is ;這時信道的數(shù)字模型表示為r(k) = s(k) Is+Ib+n (k) 將窗口中的OOK信號作算木平均，SP
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線光通信OOK數(shù)字調(diào)制方式的信道估計(jì)及軟解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟(3)提高接收端判決的準(zhǔn)確性，需調(diào)整判決門限作二次判決，具體按以下過程實(shí)施在經(jīng)過初次判決后，利用得到的‘
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線光通信OOK數(shù)字調(diào)制方式的信道估計(jì)及軟解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟⑷通過步驟⑶得到的rM1(k)和rMCI(k)來估計(jì)信號接收強(qiáng)度和噪聲方差，具體按以下過程實(shí)施無線光通信信道信號接收強(qiáng)度用/^表示，按下式計(jì)算 無線光通信信道的噪聲方差用表示，按下式計(jì)算
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線光通信OOK數(shù)字調(diào)制方式的信道估計(jì)及軟解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟(5)通過步驟⑷得到的/來計(jì)算OOK下一比特的對數(shù)似然比，具體按以下過程實(shí)施設(shè)第k個比特為bk，則其對數(shù)似然比可分別按下式計(jì)算
全文摘要
無線光通信OOK數(shù)字調(diào)制方式的信道估計(jì)及軟解調(diào)方法，首先建立無線光通信大氣信道數(shù)學(xué)模型，通過接收信號有限符號子集，即數(shù)據(jù)觀察窗口，以其均值為判決門限，對窗口內(nèi)接收到的OOK信號序列做初次檢測判決，分離出‘0’、‘1’信號所在時隙的接收值序列。之后為提高判決的準(zhǔn)確性，分別統(tǒng)計(jì)‘0’、‘1’符號的個數(shù)，調(diào)整判決門限，作二次判決。再利用得到的‘0’序列估計(jì)信道噪聲方差，利用‘1’序列和‘0’序列之間的數(shù)學(xué)運(yùn)算估計(jì)接收信號的強(qiáng)度。最后根據(jù)得到的噪聲方差和接收信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)計(jì)算OOK下一比特的對數(shù)似然比，并將該似然比結(jié)果送入后續(xù)的信道解碼單元。
文檔編號H04L27/38GK102664838SQ20121010892
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月14日
發(fā)明者曹明華, 王惠琴 申請人:蘭州理工大學(xué)