专利名称：无线光通信 ook 数字调制方式的信道估计及软解调方法
技术领域：
本发明涉及无线光通信系统的信道估计方法以及在此方法基础上实现的软解调方法，属于无线光通信技术领域。
背景技术：
无线光通信系统采用大气信道作为传输媒介，而大气不均匀性造成的湍流现象会导致大气折射率随机起伏。这种折射率的起伏现象又会导致接收端接收到的比特信号强度的随机起伏，使接收信号受到严重干扰，造成通信误码率的上升，这严重影响了无线光通信的可靠性和稳定性。但由于安全要求(如人眼安全)和可移动性等方面的考虑，无线光通信系统的发射功率受到很多限制。要在功率受限的条件下保证正常的通信，就需要提高功率效率并结合信道编码技术(Turbo、RS、LDPC等)来尽可能的降低系统的误码率。开关键控调制(OOK)技术是目前最常用的无线光通信调制技术，与其他调试技术相比，OOK比较简单，容易实现，是比较理想的调制方式。同时，对光无线信道的预测、估计和跟踪能力，将直接影响和决定无线信道的传输能力和利用效率。目前，已经提出的信道估计方法可以大致分类为盲估计，这类方法利用调制信号本身固有的、与具体承载信息比特无关的一些特征(如子空间、有限符号集、循环平稳等)，或是采用判决反馈的方法来进行信道特征估计；基于训练序列的估计，这类方法按一定估计准则确定待估参数值，或者按某些准则进行逐步跟踪和调整待估参数的估计值，其特点是需要借助参考信号(导频或训练序列)；半盲估计，这类方法是介于盲估计与基于训练序列估计这两种方法之间的信道估计方法。在上述的各种信道估计方法中，盲估计不需要训练序列，只利用接收信号本身的特性来完成信道参数估计，从而避免了训练序列导致的系统传输效率的降低和对原有数据透明性的破坏，非常具有应用价值。在接收端，通常的解调方式分为硬解调和软解调。硬解调是指通过判决门限或者其他方法把含噪声的信号判定为相应的调制比特，技术简单、比较容易实现，但性能往往不够理想；软解调是指对于接收到的信号，不急于做判决，而是通过计算相应比特的软信息，来提高判决的准确性，降低系统误码率。对于OOK调制系统来说，在具有完善的信道状态信息(CSI)的条件下，其最佳解调
门限为&=￥+/6，即接收信号幅度(Is)的一半加上背景噪声的均值(Ib)。但在实际应用
中，接收端一般不知道CSI信息，所以判决门限的选择会极大的影响系统的误码性能。另夕卜，由于无线信道的复杂性，实际应用中信道编码往往成为保证通信质量必要的技术手段，而软判决译码的性能远远优于硬判决译码，所以为了适应实际的无线光通信系统需要，设计出一种可以计算比特软信息的OOK软解调方式是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线光通信OOK数字调制方式的信道估计及软解调方法。
本发明是无线光通信OOK数字调制方式的信道估计及软解调方法，其步骤为(I)建立无线光通信大气信道数学模型；(2)根据步骤⑴建立的无线光通信大气信道数学模型，建立信道估计的接收序列有限符号子集，即的数据观察窗口，以其均值为初次判决门限，对窗口内接收到的OOK信号进行检测判决，分离出‘O’、‘I’信号所在时隙的接收值序列；(3)为提高判决的准确性，分别统计‘O’、‘I’符号的个数，调整判决门限，作二次判决；(4)利用步骤3得到的‘0’序列估计信道噪声方差，利用‘I’序列和‘0’序列之间
的数学运算估计接收信号的强度；(5)根据步骤4得到的噪声方差和接收信号强度数据计算OOK下一比特的对数似然比。本发明利用接收序列有限符号子集完成了信道状态信息的盲估计，为后续信道编码的软判决提供了基础。该方法主要使用数字序列求和与求积计算，算法的复杂度低，软硬件实现比较容易。虽然在性能上不如使用导频的信道估计算法，但系统复杂度的降低和性能的损失相比是值得的。
图I是无线光OOK调制解调系统模型，图2是OOK数字序列信号波形，图3是本发明所述方法的流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图以具体实施例来详细说明本发明。本实施例仅表示对本发明的原理性说明，不代表对本发明的任何限制。本发明无线光通信OOK数字调制方式的信道估计及软解调方法，如图I所示，首先建立大气信道的数学模型并分析湍流等造成信号干扰的噪声特性。无线光通信大气信道数学模型按以下方式建立由大气湍流引起的光强闪烁现象产生的噪声，因为其频率远远低于信号频率，所以可假设为乘性噪声，将背景光噪声和通信系统内产生的电子噪声假设为加性高斯白噪声。设s(k)为发送信号序列，r(k)为接收信号序列，则信道的数字模型为r (k) =s (k) I (k) +Ib (k) +n (k)I(k)为大气信道的乘性噪声，Ib (k)表示背景光噪声，且有Ib (k)≥O。n(k)表示均值为O、方差为σ2的加性高斯噪声。大气信道的乘性噪声I (k)为信道状态信息，可以表征为大气湍流强度，弱湍流表征为对数正态分布、中等湍流表征为双gamma分布、强瑞流标准为负指数分布。依据已建立的无线光通信大气信道数学模型，利用接收到的信号信息建立一个接收数据观察窗口。需要说明的是，观察窗口中数据的更新采用滑动窗口机制，即在完成了一个码字的判决后，将该码字加入到观察窗口当中，而将窗口中最早的一个码字从窗口中删除。以保证窗口序列与要判决码字保持较强的信道相关性。设窗口的大小为N = 50个时隙，假定湍流的相干时间为I毫秒，那么在一个发送速率为100兆比特每秒的无线光通信系统中，每毫秒可发送IOOk比特，那么可以假设在8个时隙的观察窗口中，I (k)保持不变，设为Is，其背景噪声的均值设为Ib。这时信道的数字模型表示为
权利要求
1.无线光通信OOK数字调制方式的信道估计及软解调方法，其步骤为 (1)建立无线光通信大气信道数学模型； (2)根据步骤(I)建立的无线光通信大气信道数学模型，建立信道估计的接收序列有限符号子集，即数据观察窗ロ，以其均值为初次判决门限，对窗口内接收到的OOK信号进行检测判决，分离出‘O’、‘I’信号所在时隙的接收值序列； (3)为提高判决的准确性，分别统计‘O’、‘I’符号的个数，调整判决门限，作二次判决； (4)利用步骤3得到的‘0’序列估计信道噪声方差，利用‘I’序列和‘0’序列之间的数学运算估计接收信号的強度； (5)根据步骤4得到的噪声方差和接收信号强度数据计算OOK下一比特的对数似然比。
2.根据权利要求I所述的无线光通信OOK数字调制方式的信道估计及软解调方法，其特征在于，所述步骤(I)建立的无线光通信大气信道数字模型，具体按以下过程实施把大气湍流引起的噪声假设为乘性噪声，把背景光噪声和通信系统内产生的电子噪声假设为加性高斯白噪声。设s(k)为发送信号序列，！'(k)为接收信号序列，则信道的数字模型为 r (k) =s (k) I (k) +Ib+n (k) I(k)为大气信道的乘性噪声，Ib表示加性噪声的均值，n(k)表示均值为O、方差为σ2的加性高斯噪声；大气信道的乘性噪声I (k)为信道状态信息，表征为大气湍流強度，弱湍流表征为对数正态分布、中等瑞流表征为双gamma分布、强瑞流标准为负指数分布。
3.根据权利要求I所述的无线光通信OOK数字调制方式的信道估计及软解调方法，其特征在于，所述步骤(2)建立观察窗ロ，确定初次判决门限，具体按以下过程实施设窗ロ的大小为N个时隙；湍流的相干时间一般在I至100毫秒数量级，那么在一个发送速率在数百至数千兆比特每秒的无线光通信系统中，能够假设在N的取值很小的时候，I(k)保持不变，设为Is ;这时信道的数字模型表示为r(k) = s(k) Is+Ib+n (k) 将窗口中的OOK信号作算木平均，SP
4.根据权利要求I所述的无线光通信OOK数字调制方式的信道估计及软解调方法，其特征在于，所述步骤(3)提高接收端判决的准确性，需调整判决门限作二次判决，具体按以下过程实施在经过初次判决后，利用得到的‘
5.根据权利要求I所述的无线光通信OOK数字调制方式的信道估计及软解调方法，其特征在于，所述步骤⑷通过步骤⑶得到的rM1(k)和rMCI(k)来估计信号接收强度和噪声方差，具体按以下过程实施无线光通信信道信号接收强度用/^表示，按下式计算 无线光通信信道的噪声方差用表示，按下式计算
6.根据权利要求I所述的无线光通信OOK数字调制方式的信道估计及软解调方法，其特征在于，所述步骤(5)通过步骤⑷得到的/来计算OOK下一比特的对数似然比，具体按以下过程实施设第k个比特为bk，则其对数似然比可分别按下式计算
全文摘要
无线光通信OOK数字调制方式的信道估计及软解调方法，首先建立无线光通信大气信道数学模型，通过接收信号有限符号子集，即数据观察窗口，以其均值为判决门限，对窗口内接收到的OOK信号序列做初次检测判决，分离出‘0’、‘1’信号所在时隙的接收值序列。之后为提高判决的准确性，分别统计‘0’、‘1’符号的个数，调整判决门限，作二次判决。再利用得到的‘0’序列估计信道噪声方差，利用‘1’序列和‘0’序列之间的数学运算估计接收信号的强度。最后根据得到的噪声方差和接收信号强度数据计算OOK下一比特的对数似然比，并将该似然比结果送入后续的信道解码单元。
文档编号H04L27/38GK102664838SQ20121010892
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月14日 优先权日2012年4月14日
发明者曹明华, 王惠琴 申请人:兰州理工大学