[发明专利]基于平行多跳架构的水下无线光通信系统误码率计算方法

说明书

本发明公开了基于平行多跳架构的水下无线光通信系统误码率计算方法，包括：基于LN海洋湍流分布并考虑到路径损耗的影响，采用最大最小准则的最佳路径选择方案，建立适于平行多跳‑水下无线光通信系统的传输模型；推导LN湍流以及路径损耗联合作用下的系统概率密度函数和累积分布函数；利用高斯‑拉盖尔多项式，得到闭合的系统误码率表达式，并通过蒙特卡罗法进行仿真验证；将不同参数带入到闭合的平均误码率表达式中，得到这些参数对系统性能的影响；引入LDPC编码，对比不同结构参数、码率、最大迭代次数和码长对平行多跳‑UWOC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，具体为一种在海洋湍流和路径损耗联合作用下，引入LDPC编码，采用译码转发协议(DF)和IM/DD检测，对端到端的ABER性能进行理论和仿真研究的LN复合信道平行多跳-UWOC系统误码率计算方法。

背景技术

水下无线光通信(UWOC Underwater Wireless Optical Communication)，是以激光为载波，以海水为传输介质实现双向通信的新型视距传输通信技术。由于其传输信息容量大，通信频带宽，传输速度高，抗干扰能力强，安全性高，保密性强以及体积小等优点而备受关注。然而，UWOC链路的性能易受到海洋湍流以及水中分布的粒子与杂质引起的路径损耗等因素的影响。因此，为了提高系统的可靠性，科研人员提出了多种方法来缓解上述因素引起的系统性能降低，包括信道编码，中继协作技术等。

海水会对水下无线光通信系统产生两方面影响：一是海水中的各种物质以及不规则运动的悬浮颗粒会导致光在传播时产生明显的吸收和散射等现象；二是海水中盐度和温度等因素的不规则分布会使得海水产生湍流现象。

在海洋湍流方面，人们已经提出了多种数学模型来模拟海洋湍流，其中，对数正态分布(Lognormal，LN)是一种比较可靠的信道模型。在路径损耗方面，海水对光波的吸收和散射作用整体上可以用指数分布表征，并用消光系数代表海水吸收和散射作用对光波的影响程度，该系数由吸收系数和散射系数确定。

目前的问题在于：基于LN复合湍流信道模型的平行多跳-UWOC系统误码率的特性研究未见报道；此外，LDPC编码对该平行多跳系统性能影响的分析也未见报道。因此，基于LN湍流模型，考虑到路径损耗的影响，研究引入LDPC编码的平行多跳-UWOC系统端到端平均误码特性实属当前十分重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于考虑常用的海洋湍流信道模型—LN分布，并结合路径损耗的影响，基于最大最小准则的最佳路径选择算法，计算平行多跳-UWOC系统端到端平均误码率性能，进而研究LDPC编码对系统传输性能的影响。其中，由于LN分布能够很好的模拟弱湍条件下的海洋湍流，因此本发明基于该复合信道模型，利用高斯-拉盖尔函数对系统误码率公式进行近似，进而正确有效地计算出平行多跳-UWOC系统闭合的端到端平均误码率。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

基于平行多跳架构的水下无线光通信系统误码率计算方法，包括下述步骤：

1)基于LN海洋湍流分布，考虑到路径损耗的影响，基于最大最小准则的路径选择算法，建立适于平行多跳-UWOC系统的传输模型，并推导出LN湍流和路径损耗联合作用下的平行多跳-UWOC系统复合信道模型的概率密度函数和累积分布函数；

2)利用高斯-拉盖尔多项式，得到LN湍流和路径损耗联合作用下的平行多跳-UWOC系统端到端闭合的平均误码率表达式，并通过蒙特卡罗法进行仿真验证；

3)将不同链路距离、消光系数、孔径、温度方差耗散率和结构参数带入到平行多跳-UWOC系统端到端闭合的平均误码率表达式中，得到该参数对系统性能的影响；

4)引入LDPC编码，通过蒙特卡罗法进行仿真，对比不同结构参数、码率、最大迭代次数和码长对平行多跳-UWOC系统性能的影响。