一种基于小波变换的正交频分复用自由空间光通信方法技术

本发明专利技术提出一种基于小波变换的正交频分复用自由空间光通信方法。该方法包括：S1，选择子载波数N，产生一个数据矩阵；S2，基于QAM调制方式进行映射所述数据矩阵以获得一个复数矩阵；S3，对复数矩阵进行离散小波逆变换以生成DWT‑OFDM并行信号，将并行信号转换为串行信号；S4，将串行信号转换为光信号并将其传输至大气信道中；S5，基于接收端探测光信号并将探测到的光信号转换为电信号，将电信号进行A/D转换获得数字信号，将数字信号解逆处理，得到解调信号的星座图和系统的误码率。该方法具有更强的抗干扰能力，并且由于小波变换在时域上长度有限，不会产生码间干扰，无需引入循环前缀，具有更高的频谱利用率。

An Orthogonal Frequency Division Multiplexing Free Space Optical Communication Method Based on Wavelet Transform

The invention provides an orthogonal frequency division multiplexing free space optical communication method based on wavelet transform. The method includes: S1, selecting the number of subcarriers N to generate a data matrix; S2, mapping the data matrix based on QAM modulation to obtain a complex matrix; S3, inverse discrete wavelet transform of the complex matrix to generate parallel DWT OFDM signals, and convert parallel signals into serial signals; S4, converting serial signals into optical signals and transmitting them to atmospheric channels. S5, based on the receiving end detecting the optical signal and converting the detected optical signal into electrical signal, the electrical signal is converted into digital signal by A/D conversion, and the digital signal is decomposed to obtain the constellation of the demodulated signal and the bit error rate of the system. This method has stronger anti-jamming ability, and owing to the limited length of wavelet transform in time domain, it does not produce inter-symbol interference, does not need to introduce cyclic prefix, and has higher spectrum utilization.

【技术实现步骤摘要】
一种基于小波变换的正交频分复用自由空间光通信方法
本专利技术涉及光通信系统领域中的自由空间光通信方法，具体的涉及一种基于小波变换的正交频分复用自由空间光通信方法。
技术介绍
随着互联网以及相关数据服务的迅速发展，人们对高速率的数据传输要求越来越高，光通信因其能够极大满足用户对通信速率的需求得到了重视和发展。光通信根据传输媒介的不同可以分为两种，一种是采用光纤作为传输媒介的有线通信，另一种就是直接使用大气信道建立无线通信链路的自由空间光通信。自由空间光通信(FSO)具有显著的优势，但缺陷同样明显，主要集中体现在大气条件的极度不稳定上。大气的吸收、散射以及湍流效应会使通信质量受到很大的影响，所以这个时候考虑采用需要频谱效率高、抗大气效应强的正交频分复用(OFDM)技术应用于FSO系统中。OFDM是一种多载波调制方式，传统的OFDM利用快速傅里叶变换从一组正交指数子载波产生复合信号，但是因为傅里叶变换在时域上是无限长的，当时间窗口不一致时，就会造成子载波间的干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)，所以OFDM必须引入循环前缀去避免这两种干扰。但这么做也会带来额外的功率开销，并且降低了频率的利用率。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术的目的旨在于为了抵抗大气条件的不稳定性，提出一种基于小波变换的正交频分复用(DWT-OFDM)自由空间光通信方法，该方法具有更强的抗干扰能力。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于小波变换的正交频分复用自由空间光通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1，选择子载波数N，产生一个数据矩阵；S2，基于QAM调制方式进行映射所述数据矩阵以获得一个复数矩阵；S3，对所述复数矩阵进行离散小波逆变换以生成DWT-OFDM并行信号，将所述并行信号转换为串行信号；S4，将所述串行信号转换为光信号，并将其传输至大气信道中；S5，基于接收端探测所述光信号并将探测到的所述光信号转换为电信号，将所述电信号进行A/D转换获得数字信号，将所述数字信号解逆处理，得到解调信号的星座图和系统的误码率。优选的，该S4中还包含，对所述串行信号的实部和虚部分别在数字域进行I路和Q路的上变频后再复合成一路数字信号，对所述数字信号进行D/A转换生成电信号，将所述电信号调制到光载波上，进行电光转换，生成光信号。优选的，该子载波数为128。优选的，该QAM调制包括16QAM。优选的，该解逆处理包括将A/D转换后的数字信号进行数字下变频、串并转换、小波变换以及QAM解调。优选的，该S4中，通过改变加入的高斯白噪声的强度，来改变信道的信噪比，以获得不同信噪比下的误码率。优选的，该小波逆变换为Haar小波逆变换。优选的，该小波变换为Haar小波变换。相对于现有技术中的方案，本专利技术的优点：本专利技术实施例提出的一种基于小波变换的正交频分复用自由空间光通信方法，相比于现有的采用了基于傅里叶变换的OFDM(FastFourierTransform-basedOFDM，FFT-OFDM)具有更强的抗干扰能力，并且由于小波变换在时域上长度有限，不会产生码间干扰，无需引入循环前缀，具有更高的频谱利用率。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1a所示为本专利技术实施例的基于小波变换的通信方法的流程；图1b所示为本专利技术实施例的基于小波变换的正交频分复用自由空间光通信方法的流程示意图；图2为FFT-OFDM调制解调原理图；图3为本专利技术实施例的DWT-OFDM调制解调原理图；图4为本专利技术实施例的16QAM映射下，采用FFT-OFDM和DWT-OFDM的FSO系统的误码率与发射功率的曲线；图5a为16QAM映射下，采用FFT-OFDM的FSO系统接收端解调信号星座图；图5b为16QAM映射下,采用基于haar小波DWT-OFDM的FSO系统接收端星座图。具体实施方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本专利技术而不限于限制本专利技术的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。请参考图1a,1b来描述基于小波变换的正交频分复用自由空间光通信方法，如图1a所示为本申请提出的基于小波变换的正交频分复用自由空间光通信方法，一种基于小波变换的正交频分复用自由空间光通信方法，其包括以下步骤：S1，选择子载波数N，产生一个数据矩阵；S2，基于QAM调制方式进行映射所述数据矩阵以获得一个复数矩阵；S3，对所述复数矩阵进行离散小波逆变换以生成DWT-OFDM并行信号，将所述并行信号转换为串行信号；S4，将所述串行信号转换为光信号，并将其传输至大气信道中；S5，基于接收端探测所述光信号并将探测到的所述光信号转换为电信号，将所述电信号进行A/D转换获得数字信号，将所述数字信号解逆处理，得到解调信号的星座图和系统的误码率。本实施方式中，采用该通信方法的系统包含发射端，接收端；发射端基于S1-S4的动作将处理后的信号传输至大气信道中，接收端的接收装置接收信号后基于预设的算法解逆获得信号。接下来结合图1b来详细描述通信方法的流程示意图，该方法包括：选择子载波数N，产生一个数据矩阵；通过QAM调制对该数据矩阵进行映射得到一个复数矩阵，对该复数矩阵进行离散小波逆变换(IDWT)生成DWT-OFDM信号，将DWT-OFDM信号并行数据转化为串行数据；对所述串行信号的实部和虚部分别在数字域进行I路和Q路的上变频后再复合成一路数字信号以得到实值的DWT-OFDM信号；对该数字信号进行D/A转换生成电信号，将电信号调制到光载波上，进行电光转换，生成光信号；将所述光信号传输到大气信道中，在大气信道中加入高斯白噪声来模拟信道中的噪声；将接收端探测到的光信号转换为电信号，将所述电信号进行A/D转换得到数字信号；将所述数字信号进行一系列逆操作处理，得到解调信号的星座图和系统的误码率。本实施方式中QAM调制采用的是16QAM(在其他的实施方式也可采用64QAM)；其中，解逆处理包括将A/D转换后的数字信号进行数字下变频、串并转换、小波变换以及QAM解调。具体的对A/D转换后的数字信号经过数字下变频后对其进行串并转换，将串行数据转换为并行数据，将所述并行数据进行离散小波变换(DWT)，最后对其进行QAM解调，这样恢复原始数据流，对接收数据进行处理，得到解调信号的星座图和系统的误码率。如图2所示为FFT-OFDM调制解调原理图。传统的OFDM的载波的单元信号定义为：其中fk是第k个子载波的中心频率，可以表示为f0为发射频率，T为OFDM信号的持续时间。在发射端，将数字基带与正交余弦载波相乘叠加即可得到FFT-OFDM信号，具体表示为其中dk代表分配到第k个子信道上的数据符号，rect(t)为矩形窗函数。在接收端，将输入信号乘上正交子载波再送入积分器就可以恢复原来数据流。通过上述的推导，OFDM基带信号的算术表达式与逆离散傅里叶变换(IDFT)形式很相似，所以传统的OFDM，在发射端常采用N点的IDFT产生复合信号。同样的，在接收端只需要对接收信号进行DFT，就可以恢复数据。OFDM是一种多载波调制技术，其信号产生过程为：将输入的数据流经过串并转换后，与两两相互正交的子载波相乘，最后将经过调制的子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于小波变换的正交频分复用自由空间光通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1，选择子载波数N，产生一个数据矩阵；S2，基于QAM调制方式进行映射所述数据矩阵以获得一个复数矩阵；S3，对所述复数矩阵进行离散小波逆变换以生成DWT‑OFDM并行信号，将所述并行信号转换为串行信号；S4，将所述串行信号转换为光信号，并将其传输至大气信道中；S5，基于接收端探测所述光信号并将探测到的所述光信号转换为电信号，将所述电信号进行A/D转换获得数字信号，将所述数字信号解逆处理，得到解调信号的星座图和系统的误码率。

【技术特征摘要】
1.一种基于小波变换的正交频分复用自由空间光通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1，选择子载波数N，产生一个数据矩阵；S2，基于QAM调制方式进行映射所述数据矩阵以获得一个复数矩阵；S3，对所述复数矩阵进行离散小波逆变换以生成DWT-OFDM并行信号，将所述并行信号转换为串行信号；S4，将所述串行信号转换为光信号，并将其传输至大气信道中；S5，基于接收端探测所述光信号并将探测到的所述光信号转换为电信号，将所述电信号进行A/D转换获得数字信号，将所述数字信号解逆处理，得到解调信号的星座图和系统的误码率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4中还包含，对所述串行信号的实部和虚部分别在数字域进行I路和Q路的上变频后再复合成一路数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：游善红，庞婕，胡剑凌，李响，罗鸣，倪珅晟，韩淑莹，王峰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32