解调准确性退化检测方法及应用其的水下可见光通信系统与流程

本技术涉及通信，尤其涉及一种解调准确性退化检测方法及应用其的水下可见光通信系统。

背景技术：

1、建立在可见光波段上的可见光通信技术（visible light communications，vlc）具有超宽光谱频段、强抗干扰能力、高速率、绿色环保、安全保密性好等优点，广泛应用于水下远距离无线通信、物联网、第六代移动通信网络等场景，然而其存在介质衰减、多径散射、背景光噪声、湍流衰落等信道损失问题，会严重影响可见光通信系统性能，降低通信速率与最大传输距离。

2、在水下远距离无线光通信系统中，精准、快速的信号检测能辅助系统接收侧更准确地还原系统发送侧发送的原始数据。因此，在水下通信环境通常使用开关键控调制（on-off keying modulation，ook），尤其是海水通信环境，水的吸收和散射作用使得通过水体的光信号显著衰减，尤其是在远距离传输时，光信号强度十分微弱，导致系统接收侧接收到的开关键控调制信号的脉冲数量波动变大，表现为相位准确性的退化，影响系统接收侧解调数据的准确性；并且水体中的动物会自主游动，海洋垃圾也会随海水的流动而不断移动，这些障碍物可能对可见光通信链路进行遮挡，从而导致的系统接收侧接收到的开关键控调制信号丢失部分信息，表现为相位准确性的退化，影响系统接收侧解调数据的准确性；其次海水的持续流动会使得光信号通过区域的水体温度、密度分布不均，光线在水中折射率出现不均匀性，导致接收侧使用的相位与实际接收到的开关键控调制信号的相位发生偏移，表现为相位准确性的退化，影响接收侧解调数据的准确性；另外水下远距离无线光通信系统通常需要设备长时间离线运行，多变的洋流运动引起的机械震动、压力变化、温度变化会导致时钟电路输出时钟频率漂移，复杂多变的磁场环境会引起电子元件失调等因素会对设备的运行时钟的精度有细微的影响，导致高速率高带宽水下远距离无线光通信的收发两侧的通信无法时间上对齐，表现为相位准确性的退化，影响系统接收侧解调数据的准确性。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种解调准确性退化检测方法及应用其的水下可见光通信系统，提高系统接收侧解调数据的准确性，从而提高水下可见光通信的可靠性。

2、本技术的第一方面提供一种解调准确性退化检测方法，应用于水下可见光通信系统，所述水下可见光通信系统包括开关键控解调模块、退化检测模块和通信系统控制模块，所述方法包括：

3、所述开关键控解调模块获取符号1周期的脉冲数量值，并将所述脉冲数量值添加至符号1周期的脉冲数量值样本；

4、所述退化检测模块基于所述脉冲数量值样本计算可表征所述开关键控解调模块的解调准确性退化的统计量，得到第一统计量；

5、所述通信系统控制模块将所述第一统计量添加至统计量样本中，得到第一统计量样本，并计算所述第一统计量样本的第一均值；

6、当通信系统控制模块接收到新的第二统计量时，基于所述第二统计量、所述第一均值和预先设置的解调准确性退化阈值区间确定所述开关键控解调模块的解调准确性。

7、在一个可选的实施方式中，所述基于所述第二统计量、所述第一均值和预先设置的解调准确性退化阈值区间确定所述开关键控解调模块的解调准确性包括：

8、所述通信系统控制模块计算所述第二统计量与所述第一均值的第一差值；

9、所述通信系统控制模块将所述第一差值与解调准确性退化阈值区间进行比较；

10、当通信系统控制模块确定所述第一差值处于所述解调准确性退化阈值区间内时，确定所述解调准确性没有退化，则将所述第二统计量添加至所述第一统计量样本中，得到第二统计量样本；

11、所述通信系统控制模块基于所述第二统计量更新所述解调准确性退化阈值区间。

12、在一个可选的实施方式中，所述通信系统控制模块基于所述第二统计量更新所述解调准确性退化阈值区间包括：

13、计算所述第二统计量样本的第二均值和样本总和；

14、确定第二统计量样本中的样本峰峰值；

15、基于所述样本峰峰值和用于计算所述解调准确性退化阈值区间的线性函数生成目标阈值区间上限值和目标阈值区间下限值；

16、基于所述目标阈值区间上限值和所述目标阈值区间下限值更新所述解调准确性退化阈值区间。

17、在一个可选的实施方式中，所述方法还包括：

18、当所述通信系统控制模块接收到新输入的第三统计量时，计算所述第三统计量与所述第二均值的第二差值；

19、所述通信系统控制模块将所述第二差值与更新后的所述解调准确性退化阈值区间进行比较；

20、当通信系统控制模块确定所述第二差值处于更新后的所述解调准确性退化阈值区间内时，确定所述解调准确性没有退化，则将所述第三统计量添加至所述第二统计量样本中；

21、所述通信系统控制模块基于所述第三统计量继续调整更新后的所述解调准确性退化阈值区间。

22、在一个可选的实施方式中，所述方法还包括：

23、当通信系统控制模块确定所述第一差值不处于所述解调准确性退化阈值区间内时，确定所述解调准确性出现退化；

24、基于所述第二统计量和所述解调准确性退化阈值区间确定所述开关键控解调模块的优化策略。

25、在一个可选的实施方式中，所述第一统计量包括变异系数和方差均值比，所述退化检测模块基于所述脉冲数量值样本计算可表征所述开关键控解调模块的准确性退化的统计量，得到第一统计量包括：

26、计算所述脉冲数量值样本的第三均值和方差；

27、基于所述第三均值和所述方差确定所述变异系数和所述方差均值比。

28、在一个可选的实施方式中，所述基于所述第三均值和所述方差确定所述变异系数和所述方差均值比包括：

29、通过如下公式，确定所述变异系数：

30、；

31、其中，为所述变异系数，为所述第三均值，为所述脉冲数量值样本的平方，为的第四均值，为所述方差，；

32、通过如下公式，确定所述方差均值比：

33、；

34、其中， vmr为所述方差均值比。

35、在一个可选的实施方式中，所述方法还包括：

36、确定第一统计量样本的变化幅度范围；

37、基于所述变化幅度范围确定初始阈值区间上限值和初始阈值区间下限值；

38、基于所述初始阈值区间上限值和所述初始阈值区间下限值生成所述准确性退化阈值区间。

39、本技术的第二方面提供一种水下可见光通信系统，所述系统包括：

40、开关键控解调模块、退化检测模块和通信系统控制模块，所述开关键控解调模块与所述退化检测模块通信连接，所述退化检测模块与所述通信系统控制模块通信连接；

41、所述开关键控解调模块，用于获取符号1周期的脉冲数量值，并将所述脉冲数量值添加至符号1周期的脉冲数量值样本；

42、所述退化检测模块，用于基于所述脉冲数量值样本计算可表征所述开关键控解调模块的解调准确性退化的统计量，得到第一统计量；

43、所述通信系统控制模块，用于将所述第一统计量添加至统计量样本中，得到第一统计量样本，并计算所述第一统计量样本的第一均值；

44、所述通信系统控制模块，还用于当接收到新的第二统计量时，基于所述第二统计量、所述第一均值和预先设置的解调准确性退化阈值区间确定所述开关键控解调模块的解调准确性。

45、本技术的第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述解调准确性退化检测方法的步骤。

46、综上所述，本技术提供的解调准确性退化检测方法及应用其的水下可见光通信系统，在水下可见光通信系统中，开关键控解调模块负责将接收到的光信号转换为电信号，并识别出代表不同数据的符号，在一个符号1周期内，开关键控解调模块会统计接收到的脉冲数量值，以使得退化检测模块利用符号1周期的脉冲数量值样本，计算出一个或多个统计量，用于表征开关键控解调模块的解调转曲线是否发生退化，通信系统控制模块负责维护一个统计量样本，并计算这个统计量样本的均值，当接收到新的第二统计量时，通信系统控制模块可以基于当前计算得到的均值、新的第二统计量以及预先设置的解调准确性退化阈值区间，判断开关键控解调模块的解调准确性是否仍在可接受范围内，能够实时监测水下可见光通信系统中开关键控解调模块的解调准确性退化情况，以便后续进一步处理，有助于改善水下可见光通信的开关键控解调性能，提高系统接收侧解调数据的准确性，从而提高水下可见光通信的可靠性。