[发明专利]一种强湍流信道下基于最大比合并的光束成形方法

说明书

本发明涉及水下光通信技术领域，具体涉及一种强湍流信道下基于最大比合并的光束成形方法；对信源的二进制随机信息序列进行信号调理，得到基带信号，将所述基带信号进行削波处理得到削波信号；将所述削波信号进行光束成形得到待发送信号；通过所述接收端将经所述湍流信道的光信号转换为电信号，并进行最大比合并，对所述经过最大比合并的电信号通过快速傅里叶变换和提取数据子载波，并对所述子载波进行信号解调来恢复所述削波信号，通过空间分集合并接收信号，建立信噪比最大化目标下的光束成形优化模型，求解光束成形矢量形成目标光束，进行功率重新分配，使接收端的平均功率增加。

技术领域

本发明涉及水下光通信技术领域，尤其涉及一种强湍流信道下基于最大比合并的光束成形方法。

背景技术

随着水下资源勘探、水下无线传感器网络建设、自主水下航行器(AUV)之间通信等人类活动在水下环境中的不断扩展，迫切需要可靠的水下高速无线通信。通过研究发现，海水对波长在450nm-530nm的蓝绿光波衰减相对较小，使得水下可见光通信(UVLC)成为了可能。相对于传统的水声通信和射频通信，UVLC具有污染小、安全性高、时延低、传输速率快等优点成为了水下高速通信的研究热点。

水下环境对可见光通信会产生两方面的影响：一是水中的各种物质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；二是水中的温度波动、盐度变化和气泡存在等引起的水体对光的折射率的随机变化，发生湍流现象。折射率的随机变化，造成了光束扩展、光束漂移、到达角起伏和光强起伏。其中光强起伏也称光强闪烁表现为光束强度的忽大忽小，光斑忽明忽暗，这种现象使得传输信号发生随机衰落，降低了系统可靠性，尤其在强湍流中，这种现象更加明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强湍流信道下基于最大比合并的光束成形方法，旨在解决强湍流造成的光强闪烁而引起的可见光通信信号随机衰落的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种强湍流信道下基于最大比合并的光束成形方法，包括以下步骤：

对信源的二进制随机信息序列进行信号调理，得到基带信号；

将所述基带信号进行削波处理，得到削波信号；

将所述削波信号进行光束成形，得到待发送信号；

通过LED将电信号转换为光信号，并将所述光信号通过湍流信道向所述接收端传送所述待发送信号；

通过所述接收端将经所述湍流信道的光信号转换为电信号，并进行最大比合并；

对所述经过最大比合并的电信号通过快速傅里叶变换和提取数据子载波，并对所述子载波进行信号解调，恢复所述削波信号。

其中，所述对信源的二进制随机信息序列进行信号调理，得到基带信号的具体方式为：

输入二进制随机信息序列，对所述二进制随机信息序列进行QAM映射并进行串并转换，得到转换数据；

将所述转换数据进行厄米特对称，得到对称数据；

将所述对称数据进行快速傅里叶逆变换，得到所述基带信号。

其中，所述通过所述接收端将所述待发送信号转换为电信号，并进行最大比合并具体方式为：

将所述待发送信号乘以湍流信道矩阵，并经所述LED转换得到光信号；

通过所述接收端将所述光信号转换为电信号；

通过所述接收端将所述电信号进行最大比合并。

其中，所述湍流信道矩阵由所述发射端的若干LED和若干PD检测器之间的衰落系数与直流信道增益组成。

其中，所述衰落系数通过舍选法求得，并服从混合指数广义伽马分布。