一种偏振复调制方法及水下无线光通信的通信方法技术

本发明专利技术提供一种偏振复调制方法及水下无线光通信的通信方法，偏振复调制方法是利用两个光源分别表示复数的实部和虚部，所述光源所发出光束的偏振方向用于代表正值和负值，其包括以下步骤：将二进制数据经过调制之后所得到的复数符号定义成：s＝s

A polarization complex modulation method and communication method of underwater wireless optical communication

【技术实现步骤摘要】
一种偏振复调制方法及水下无线光通信的通信方法
本专利技术涉及无线光通信
，尤其涉及一种偏振复调制方法及水下无线光通信的通信方法。
技术介绍
近几年来，随着人们对海洋资源的逐渐重视，水下无线光通信技术也越来越受到人们的关注。和传统的水下射频通信和水声通信相比，水下无线光通信技术具有更高的带宽、更快的传输速率、更大的信道容量以及更强的安全性。因此，水下无线光通信技术可以弥补传统水下通信方式的缺点。然而，目前水下无线光通信存在着一些局限性，主要体现在通信距离、准直性、带宽利用率、能量利用率和系统复杂度等方面。由于自然水体光学特性复杂，光束在水体传播过程中受散射、吸收、湍流、气泡等影响，都会对光束在水下的传播造成不同程度的衰减。同时，水下还存在着变化范围颇大的背景光辐射，这会给光信号带来噪声。为了保证光信号在水下通信的可行性，需要为其选择合适的调制技术，这样可以在一定程度上提高通信距离、带宽利用率和能量利用率等通信性能。现阶段，水下无线光通信大多数采用的是强度调制/直接检测(IntensityModulation/DirectDetection,IM/DD)的方式。主要的调制方式包括：开关键控(OOK)、脉冲幅度调制(PAM)、脉冲位置调制(PPM)、脉冲宽度调制(PWM)、数字脉冲间隔调制(DPIM)和差分脉冲位置调制(DPPM)等。由于光的特性，当采用强度调制/直接检测时，所传输的信号必须为正实数。因此，常用的调制方式(例如OOK和PPM等)无法传输复数符号。为了解决这个问题，有人提出一种新的调制方式——四LED复调制(Quad-LEDComplexModulation，QCM)，利用四个LED实现一个调制单元，将每个LED分别和复数符号的实部虚部、正数负数相映射。也有人提出了一种利用偏振进行调制的方案偏振键控(PolSK)，通过引入偏振光，为光信号增加一个新的编码维度。和光信号的幅度、相位和频率相比，偏振特性的敏感性较低，因此采用偏振进行调制可以有效对抗水下的湍流和信道中背景光的干扰。但是现有技术中使用不同偏振方向携带额外信息，例如，使用垂直和水平两个偏振方向分别代表二进制数据“0”和“1”。上述调制方式都未涉及复数符号的传输。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的问题，提供一种偏振复调制方法及水下无线光通信的通信方法。为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下所述：一种偏振复调制方法，其特征在于，利用两个光源分别表示复数的实部和虚部，所述光源所发出光束的偏振方向用于代表正值和负值，其包括以下步骤：S1：将二进制数据经过调制之后所得到的复数符号定义成：s＝sI+jsQ；S2：利用两个光源分别传输复数的实部信息和虚部信息:第一个光源传输sI的符号和幅度，发射光强为|sI|，如果sI＞0，则发射光偏振方向为水平方向，如果sI＜0，则发射光偏振方向为垂直方向，如果sI＝0，则光源不发光；；第二个光源传输sQ的符号和幅度，发射光强为|sQ|，如果sQ＞0，则发射光偏振方向为水平方向，如果sQ＜0，则发射光偏振方向为垂直方向，如果sQ＝0，则光源不发光。优选地，接收端通过接收光的偏振方向来判断接收信号是正数或者负数。优选地，所述光源为LED或LD。优选地，所述调制的方式包括：QPSK调制、16QAM调制和64QAM调制。优选地，两个所述光源的偏振方向不同。优选地，两个所述光源的偏振方向相互正交。优选地，误码率通过如下公式计算：其中，M为调制的阶数，Eb/N0表示每个信息比特的信噪比，Eb和N0分别表示光源能量和光噪声能量。本专利技术还提供一种水下无线光通信的通信方法，采用如上任一所述的偏振复调制方法。本专利技术的有益效果为：提供一种偏振复调制方法及水下无线光通信的通信方法，通过结合多光源复调制和偏振键控提出了一种新的调制方式——偏振复调制(PolarizedComplexModulation，PolCM)，该调制方式通过两个光源和两个偏振方向来表示复数符号，使得光信号可以传输复数符号信息，提高了水下无线光通信技术的可用性。更进一步的，引入了偏振维度从而减少了所需光源和光检测器的数量，而且偏振光会进一步提高对噪声干扰的对抗能力；仿真结果表明，该调制方式具有较好的误码性能和较远的通信距离，是一种具有潜力的水下光通信调制方式。附图说明图1是本专利技术实施例中截流系统的结构示意图。图2是本专利技术实施例中PolCM发射端模块图解的示意图。图3是本专利技术实施例中PolCM接收端模块图解的示意图。图4是本专利技术实施例中不同阶数QAM调制下理论和仿真误码性能的示意图。图5是本专利技术实施例中不同通信距离下PolCM的误码性能的示意图。具体实施方式为了使本专利技术实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本专利技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。实施例1本专利技术中提出的偏振复调制方法是对QCM调制方式的一种改进。QCM调制方式的原理是通过四个LED构建一个调制单元，前两个LED分别表示复数符号实部的正负，后两个LED分别表示复数符号虚部的正负，每个LED所发射的光强等于它们所对应的实部或虚部的绝对值。为了进一步减少所使用的LED数量并提高该调制方式对抗噪声的能力，对QCM引入了偏振键控，利用垂直和水平两个偏振方向来分别代表实部和虚部的正负。通过这一系列的改进产生了本专利技术中的PolCM调制方式。前人已提出的基于偏振键控的调制方式，如P-PPM、P-DPPM和P-DPIM等，都是使用不同偏振方向携带额外信息，例如，使用垂直和水平两个偏振方向分别代表二进制数据“0”和“1”。上述调制方式都未涉及复数符号的传输。如图1所示，本专利技术提供一种偏振复调制方法，利用两个光源分别表示复数的实部和虚部，所述光源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏振复调制方法，其特征在于，利用两个光源分别表示复数的实部和虚部，所述光源所发出光束的偏振方向用于代表正值和负值，其包括以下步骤：/nS1：将二进制数据经过调制之后所得到的复数符号定义成：s＝s

【技术特征摘要】
1.一种偏振复调制方法，其特征在于，利用两个光源分别表示复数的实部和虚部，所述光源所发出光束的偏振方向用于代表正值和负值，其包括以下步骤：
S1：将二进制数据经过调制之后所得到的复数符号定义成：s＝sI+jsQ；
S2：利用两个光源分别传输复数的实部信息和虚部信息：
第一个光源传输sI的符号和幅度，发射光强为|sI|，如果sI＞0，则发射光偏振方向为水平方向，如果sI＜0，则发射光偏振方向为垂直方向，如果sI＝0，则光源不发光；
第二个光源传输sQ的符号和幅度，发射光强为|sQ|，如果sQ＞0，则发射光偏振方向为水平方向，如果sQ＜0，则发射光偏振方向为垂直方向，如果sQ＝0，则光源不发光。


2.如权利要求1所述的偏振复调制方法，其特征在于，接收端通过接收光的偏振方向来判断接收信号是正数或者负数。

【专利技术属性】
技术研发人员：董宇涵，陈英杰，张凯，权进国，李志德，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44