【技术实现步骤摘要】
基于指数韦伯和APD的PPM无线光通信系统的误码率计算方法
本专利技术涉及无线光通信系统中的基于指数韦伯和APD的PPM无线光通信系统的误码率计算方法,属于无线光通信
技术介绍
自由空间光通信(free-spaceoptical,FSO)以大气信道作为传输媒介,而大气不均匀造成的湍流现象会导致光学折射率随机起伏,使得光信号在传输过程中产生光强闪烁、光束漂移和光束扩展等效应,从而引起信道衰落,导致传输的光束质量下降,通信误码率上升,严重影响系统的稳定性和可靠性。为了更好地研究大气信道对FSO系统的影响,科研人员先后提出了不同的大气信道模型,例如适合于弱湍的对数正态分布(log-normal,LN)模型,适合于强湍的K分布模型,以及适合于强、中、弱三种情况的双伽玛(Gamma-Gamma,GG)分布模型。但是上述模型都不能很好地描述有限孔径接收机无线光通信系统的光信号强度波动,于是,人们考虑从可靠性工程领域引入指数韦伯(exponentiatedWeibull,EW)分布以描述孔径平均效应存在情况下的光强衰落。目前的数字光通信系统大多设计为强度调制/直接检测(IM/DD)系统,例如开关键控(OOK)。而M元脉冲位置调制(M-PPM),作为一种正交调制方式,提高了传输通道的抗干扰能力,而且相对于OOK调制,降低了系统的平均功率。雪崩光电二极管(APD)是M-PPM自由空间光通信系统中最常用的一种光电探测器,用于完成强度光信号向电信号的转换,具有探测灵敏度高、响应速度快的特点。相比于PIN光电二极管,APD能产生倍增效应,可用于高速率、远距离的通信系统, ...
【技术保护点】
基于指数韦伯和APD的PPM无线光通信系统的误码率计算方法,其特征在于,包括下述步骤:1)建立自由空间光通信大气信道数学模型,即指数韦伯衰落信道模型;2)根据自由空间光通信中PPM信号的特点,在指数韦伯衰落信道下,使用APD输出电子数的精确统计模型计算出PPM信号每个时隙内有光脉冲时APD输出电子数的概率密度函数和累积分布函数;3)根据自由空间光通信中PPM调制方式时的自由空间光通信条件误码率公式和等价信噪比公式,计算指数韦伯衰落信道中系统的理论平均误码率;4)利用埃米尔特多项式进行化简,分别得到BPPM系统和M元脉冲位置调制M‑PPM系统下的平均误码率公式。
【技术特征摘要】
1.基于指数韦伯和APD的PPM无线光通信系统的误码率计算方法,其特征在于,包括下述步骤:1)建立自由空间光通信大气信道数学模型,即指数韦伯衰落信道模型;2)根据自由空间光通信中PPM信号的特点,在指数韦伯衰落信道下,使用APD输出电子数的精确统计模型计算出PPM信号每个时隙内有光脉冲时APD输出电子数的概率密度函数和累积分布函数;3)根据自由空间光通信中PPM调制方式时的自由空间光通信条件误码率公式和等价信噪比公式,计算指数韦伯衰落信道中系统的理论平均误码率;4)利用埃米尔特多项式进行化简,分别得到BPPM系统和M元脉冲位置调制M-PPM系统下的平均误码率公式。2.根据权利要求1所述的基于指数韦伯和APD的PPM无线光通信系统的误码率计算方法,其特征在于,所述步骤1)中,指数韦伯分布模型的累计分布模型FEW(I)以及概率分布模型fEW(I)分别表示为其中,I为归一化光强,形状参数β>0,其取值与闪烁指数相关;尺度参数η>0,其取值由β决定并与辐照度均值相关;α为给定观测空间内,准直传播的光束与非准直传播的光束被成功接收的平均量,α>0。3.根据权利要求2所述的基于指数韦伯和APD的PPM无线光通信系统的误码率计算方法,其特征在于,所述步骤2)中,PPM信号每个时隙内APD光探测器输出电子数的概率密度函数和累积分布函数通过以下方法实现:2a)自由空间光通信系统中,APD光探测器产生光电流,此电流与设备上的光功率成正比;根据负载电阻产生的电流形式,APD光探测器的响应度为式中,e是电子电荷;gi是第i个检测到的光子的APD增益;ti是第i个标记过滤泊松过程的事件时间;t是时间变量;h(t-ti)表示APD光探测对每个光电子的响应度;n(t)表示接受端的热噪声,它的功率谱密度是2kT/RL;其中,k,RL和T分别表示玻耳兹曼常量,APD负载电阻以及接收端的温度;2b)用λr(t)表示平均接受光子计数率,λb表示背景辐射引起的平均光子计数率,大气湍流对接收信号的影响造成的瞬时光子计数率表示为λs(t);在光电检测过程之后,生成的接收光强的光子密度表示为λr(t)=d(t)λs(t)+λb2c)假设λs(t)在一个PPM时隙内是连续的,由于其中,η,h,Ad和v分别表示检测器的量子效率,普朗克常量,检测器面积以及光波长;λs是一个服从指数韦伯分布的随机变量;2d)d(t)是数字调制,t是时间变量,则其中,Tslot是PPM时隙持续时间;C(t-iTw-diTslot)表示持续时间为Tslot的单位振幅不归零脉冲;di是第i个数据符号,以相同的概率从{0,1,…,M-1}中发生;M是调制阶数;Tw是M进制PPM符号持续时间;2e)将Ks=λsTslot定义为每时隙平均接受光子数,那么Ks也是一个服从指数韦伯分布的自由变量;用表示每时隙平均光子数,E(Ks)表示对Ks求均值...
【专利技术属性】
技术研发人员:王平,傅慧华,刘洋,王悦,张艳,郭立新,
申请(专利权)人:西安电子科技大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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