基于OB-MMSE检测算法的光广义空间调制方法技术

基于OB‑MMSE检测算法的光广义空间调制方法，在发送端，通过同时激活多个激光器，并结合脉冲位置调制提出了一种OGSM方案。在此基础上，在接收端引入OB‑MMSE信号检测算法，并依据OGSM调制信号的特点对其权值进行了修正，提出了一种适合于光广义空间调制的OB‑MMSE信号检测算法，推导了对数正态湍流信道中阈值的选取方法。相比于传统的光空间调制，本发明专利技术不仅有效地提高了系统的频谱效率，并且还克服了OSM激光器必须是2的整数次幂的限制。另外，与ML算法相比，本发明专利技术所提算法在牺牲较小误码性能的情况下，有效降低了ML算法的复杂度。

Optical Generalized Space Modulation Based on OB-MMSE Detection Algorithms

【技术实现步骤摘要】
基于OB-MMSE检测算法的光广义空间调制方法
本专利技术是将光广义空间调制技术与OB-MMSE信号检测算法相结合，构建了一种基于OB-MMSE检测算法的光广义空间调制方案，属于无线光通信

技术介绍
传统光空间调制(OSM)因为每时隙只激活一个激光器发送信息，导致其频谱效率较低，同时要求其激光器数目必须是2的整数次幂。为了弥补这些缺陷，研究者提出了广义空间调制(GSM)。GSM是在SM的基础上，通过每次激活多根(大于等于2)天线来发送信息，激活的多个天线上可传输相同或不同的信息。因此，GSM技术有效地克服了发射天线数必须是2的整数次幂的限制，同时它还结合了SM和空间复用的优势，进一步提高了系统的频谱效率。因此，近年来在无线通信领域掀起了研究热潮。基于GSM技术的这些优势，研究者将GSM技术引入到光通信中，结合脉冲幅度调制(PAM)，提出了一种适用于室内可见光通信(VLC)的光广义空间调制(OGSM)。与传统的OSM相比，OGSM有效的降低了OSM系统的误比特率，尤其是在强相关信道中。然而对于室外大气信道而言，由于大气湍流、大气衰减等因素的影响，使得大气信道具有更强的时变性和随机性。因此，研究基于大气信道的OGSM技术显得非常迫切。另外，由于OGSM信号同时包含了激活激光器的位置组合和数字调制符号，接收端需要估计出发送激光器的组合和所发送的调制符号，因此接收端信号的检测是一个关键。而在一般的OGSM中，通常采用ML检测算法，它虽然获得了最优的误码性能，但高的复杂度限制了其在实际中的应用。针对这一问题，有研究者采用符号搜索树的方法，研究了OGSM调制的译码算法。该方法虽然获得了最优的OGSM符号子集，但由于采用树形搜索方法，其复杂性也相对较高，因而只适合于一些简单的应用场景。因此，寻找并获得低复杂度的信号检测算法是OGSM技术走上实用化的关键。由此可见，如何获得误码性能优良、译码复杂度低、实用性强的译码算法是光广义空间调制技术走上实用化的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于OB-MMSE检测算法的光广义空间调制方法。本专利技术是基于OB-MMSE检测算法的光广义空间调制方法，其步骤为：步骤1：发射端利用激光器映射向量和L-PPM调制符号的特点构建了发射信号矩阵：xl,s＝xsxl；式中，xl＝[…,0,…,1,0,1,…]T是一个Nt×1维的激光器映射向量，且非零元的位置表示激活激光器的索引号；(1≤r≤L表示发送脉冲的位置)是一个1×L维的脉冲映射向量；其中，Nt、L分别表示激光器数目和L-PPM调制的阶数；步骤2：在接收端引入OB-MMSE信号检测方法，并依据OGSM调制信号的特点对其权值进行了修正，提出了一种适合于光广义空间调制的OB-MMSE信号检测算法，推导了对数正态湍流信道中阈值的选取方法；其分步骤如下：步骤2.1：计算信道矩阵H每一列hj的伪逆与接收向量y的乘积：其中，j＝1,2,…,Nt；则是一个Nt×L维的矩阵；步骤2.2：计算M组所有可能的激光器组合的权重wk,并按其权值大小进行可靠性排序；其中，k＝1,2,…,M；将所得的M组权值w＝[w1,w2,…,wM]T由大到小依次进行排序，得到[k1,k2,…,kM]＝argsort(w)；其中，k1,k2,…,kM是对应于权重大小的激活激光器的组合；步骤2.3：按照排好后的权值顺序依次采用MMSE算法进行信号检测；即步骤2.4：引入一个阈值Vth，并利用该阈值对(4)式所得结果进行可靠性判断，即：如果(4)式成立，则如果输出不满足(4)式，则进行下一组激光器组合的判断；当计算次数j＞M时依然不满足该条件，则采用ML检测来估计激活激光器的序号和脉冲位置，即：其中，为所有可用的激光器组合和L-PPM脉冲位置集合；步骤2.5：阈值的选取；假设xs,l＝xlxs和分别为实际发送的符号和估计出的符号；当时，是一个自由度为NrL的中心卡方随机变量；而当时，是一个非中心卡方随机变量；其阈值可选取为：Vth＝aNrLn0；其中，a为一常数，n＝NrL为自由度。本专利技术的益处在于：所构建的光广义空间调制方案有效地提高了系统的频谱效率。与ML算法相比，提出的OB-MMSE算法在牺牲较小误码性能的情况下，有效降低了ML算法的复杂度。与经典的MMSE算法相比，虽然所提算法的复杂度略有增大，但其有效地降低了误码率，而且还适用于接收机数目少于发射机数目的系统。附图说明图1为GOSM系统框图，图2为OB-MMSE算法的流程图，图3为n和a取不同值时的P(ρ≤Vth)，图4为a取不同取值时OB-MMSE算法的误码性能，图5为ML、MMSE和OB-MMSE三种算法的误码性能，图6为不同系统中三种算法的误码性能，图7为MMSE算法和OB-MMSE算法的相对复杂度，图8为a取不同值时OB-MMSE算法的相对复杂度。具体实施方式本专利技术是基于OB-MMSE检测算法的光广义空间调制方法，其步骤为：步骤1：发射端利用激光器映射向量和L-PPM调制符号的特点构建了发射信号矩阵：xl,s＝xsxl；式中，xl＝[…,0,…,1,0,1,…]T是一个Nt×1维的激光器映射向量，且非零元的位置表示激活激光器的索引号；(1≤r≤L表示发送脉冲的位置)是一个1×L维的脉冲映射向量；其中，Nt、L分别表示激光器数目和L-PPM调制的阶数；步骤2：在接收端引入OB-MMSE信号检测方法，并依据OGSM调制信号的特点对其权值进行了修正，提出了一种适合于光广义空间调制的OB-MMSE信号检测算法，推导了对数正态湍流信道中阈值的选取方法；其分步骤如下：步骤2.1：计算信道矩阵H每一列hj的伪逆与接收向量y的乘积：其中，j＝1,2,…,Nt。则是一个Nt×L维的矩阵；步骤2.2：计算M组所有可能的激光器组合的权重wk,并按其权值大小进行可靠性排序；其中，k＝1,2,…,M；将所得的M组权值w＝[w1,w2,…,wM]T由大到小依次进行排序，得到[k1,k2,…,kM]＝argsort(w)；其中，k1,k2,…,kM是对应于权重大小的激活激光器的组合；步骤2.3：按照排好后的权值顺序依次采用MMSE算法进行信号检测。即步骤2.4：引入一个阈值Vth，并利用该阈值对(4)式所得结果进行可靠性判断，即：如果(5)式成立，则如果输出不满足(5)式，则进行下一组激光器组合的判断；当计算次数j＞M时依然不满足该条件，则采用ML检测来估计激活激光器的序号和脉冲位置，即：其中，为所有可用的激光器组合和L-PPM脉冲位置集合；步骤2.5：阈值的选取；假设xs,l＝xlxs和分别为实际发送的符号和估计出的符号；当时，是一个自由度为NrL的中心卡方随机变量；而当时，是一个非中心卡方随机变量；其阈值可选取为：Vth＝aNrLn0；其中，a为一常数，n＝NrL为自由度。下面结合附图，进一步展开本专利技术。本专利技术为一种基于OB-MMSE信号检测的光广义空间调制方案，其目的是根据OGSM信号的特点，引入OB-MMSE准则，提出一种适合于OGSM的OB-MMSE信号检测算法，从而降低检测算法的复杂度。如图1所示是一个有Nt个激光器(LD)、Nr个探测器(PD)、每时隙激活激光器数目为nt的OGSM系统。从Nt个激光器中激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于OB‑MMSE检测算法的光广义空间调制方法，其特征在于，其步骤为：步骤1：发射端利用激光器映射向量和L‑PPM调制符号的特点构建了发射信号矩阵：xl,s＝xsxl。式中，xl＝[…,0,…,1,0,1,…]

【技术特征摘要】
1.基于OB-MMSE检测算法的光广义空间调制方法，其特征在于，其步骤为：步骤1：发射端利用激光器映射向量和L-PPM调制符号的特点构建了发射信号矩阵：xl,s＝xsxl。式中，xl＝[…,0,…,1,0,1,…]T是一个Nt×1维的激光器映射向量，且非零元的位置表示激活激光器的索引号。(1≤r≤L表示发送脉冲的位置)是一个1×L维的脉冲映射向量。其中，Nt、L分别表示激光器数目和L-PPM调制的阶数；步骤2：在接收端引入OB-MMSE信号检测方法，并依据OGSM调制信号的特点对其权值进行了修正，提出了一种适合于光广义空间调制的OB-MMSE信号检测算法，推导了对数正态湍流信道中阈值的选取方法；其分步骤如下：步骤2.1：计算信道矩阵H每一列hj的伪逆与接收向量y的乘积：其中，则是一个Nt×L维的矩阵；步骤2.2：计算M组所有可能的激光器组合的权重wk,并按其权值大小进行可靠性排序；其中，k＝1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：王惠琴，宋梨花，曹明华，包仲贤，侯尚林，马玉昆，吕佳芸，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62