[发明专利]基于LN分布的UWOC-MD通信系统误码率和吞吐量的计算方法

说明书

本发明公开了基于LN分布的UWOC‑MD通信系统误码率和吞吐量的计算方法，建立数学信道传输模型，推导LN湍流和路径损耗共同作用下的关于瞬时电信噪比的概率密度函数和累积分布函数；计算理论平均吞吐量，得到最大信噪比调度策略平均吞吐量和选择调度策略平均吞吐量；计算理论平误码率，得到最大信噪比调度策略和选择调度策略平均误码率；蒙特卡洛仿真得到比例公平调度算法和经改进的自适应阈值比例公平调度算法的系统平均误码率和吞吐量。改变系统参数和海水特征参数，得到该参数对采用不同种调度策略UWOC‑MD系统性能的影响。该方法有效的综合考虑了多种影响系统性能的因素，更符合实际情况。

技术领域

本发明属于水下无线光通信技术领域，具体为采用BPSK副载波强度调制和直接检测的方法，在考虑海洋湍流和路径损耗共同作用的复合信道模型中，推导UWOC-MD通信系统在不同调度策略下系统平均误码率和吞吐量的计算方法。

背景技术

水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication，UWOC)相对于传统的水下声音通信(Underwater Acoustic Communication，UAC)和射频通信(RadioFrequency，RF)在短距离内具有高带宽、低时延以及更好的安全性等优点。这些独一无二的特征使得UWOC可以满足高速率、大容量数据传输需求的成像、实时视频传输和高吞吐量传感器网络等水下应用场景。但UWOC系统受吸收和散射的影响会产生路径损耗，同时海洋湍流使得水的折射率发生变化，导致接收机端接收到的光信号强度、幅度和相位随机变化，形成光强闪烁效应，这种效应引起UWOC通信系统信道容量的降低以及平均误码率的升高，严重干扰通信正常运行。为缓解光强闪烁效应对激光信号传输的影响，相关领域的研究人员提出了多种应对策略，其中从射频领域引进的分集技术因其较大的应用前景而备受国内外研究学者的关注。

分集技术中的多用户分集是一种点对多点的通信方式，利用多用户信道的差异性，在每个时隙只允许一个用户接入实现信息传输，多用户分集的本质是优化资源分配，其目标不是提升某单一用户的性能，而是把基站和接收端的所有用户看作是一个整体或系统，以实现系统资源最大利用率为目的来选择不同的用户进行数据传输。

考虑到系统时延、吞吐量以及公平性的需求，相关学者已经提出了适用于MD系统的多种调度策略，考虑选择具有最大吞吐量的最大信噪比调度策略、减轻系统负载的选择调度策略以及考虑时延影响的比例公平调度算法作为UWOC-MD系统的调度策略。

目前的问题在于：由于水下无线光通信是解决水下无线通信问题的新兴领域，很少有研究涉及湍流和路径损耗共同作用下对UWOC系统的性能分析。同时，水下无线光通信中采用多用户分集技术来缓解湍流效应的性能分析尚未见报道。因此，基于LN分布的UWOC-MD通信系统在不同调度策略下误码率和吞吐量的特性研究是当前十分重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于LN分布的UWOC-MD通信系统误码率和吞吐量的计算方法。在水下无线光通信中采用多用户分集技术来缓解湍流效应，并对采用最大信噪比调度策略和选择调度策略的系统吞吐量和误码率特性分别进行理论闭合表达式推导。同时，蒙特卡洛仿真比例公平调度算法和经改进的自适应阈值比例公平调度算法的系统平均误码率和吞吐量。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

基于LN分布的UWOC-MD通信系统在不同调度策略下系统误码率和吞吐量的计算方法，包括下述步骤：

1)基于LN衰落信道，建立适于UWOC系统的数学信道传输模型，并推导LN湍流和路径损耗共同作用下的UWOC系统复合信道模型关于瞬时电信噪比的概率密度函数和累积分布函数；

2)分别考虑采用最大信噪比调度策略和选择调度策略，推导LN湍流和路径损耗联合作用下的UWOC-MD系统复合信道模型关于瞬时电信噪比的概率密度函数和累积分布函数；