CN111901049B - 激光通信系统的时间误差补偿方法、装置及可读存储介质 - Google Patents

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CN111901049B CN202010805209.0A CN202010805209A CN111901049B CN 111901049 B CN111901049 B CN 111901049B CN 202010805209 A CN202010805209 A CN 202010805209A CN 111901049 B CN111901049 B CN 111901049B
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Abstract

本申请公开了一种激光通信系统的时间误差补偿方法、装置及计算机可读存储介质。方法应用于激光通信系统的接收机，基于维特比网格当前时刻的维特比网格状态确定维特比网格在下一个时刻的所有可能状态；维特比网格状态集包括当前时刻的比特、前一时刻的比特和当前时刻比特的时间误差的符号。根据接收机输出数据计算所有可能状态对应路径的分支度量，并根据分支度量计算所有可能状态的累计度量；若当前时刻满足判决延时条件，则基于累计度量对目标时刻的比特进行判决，并输出判决后的比特信息，作为时间误差补偿后目标时刻的比特值，在激光通信系统未知瞬时信道增益且未知瞬时时间误差的基础上，通过有效补偿激光通信的时间误差有效消除码间串扰。

Description

激光通信系统的时间误差补偿方法、装置及可读存储介质
技术领域
本申请涉及激光通信技术领域，特别是涉及一种激光通信系统的时间误差补偿方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
随着信息技术快速发展，数据通信速率需求也与日俱增，传统的射频通信已经不能满足高速率的现实需求，激光通信技术得到了飞速发展。
可以理解的是，在激光通信系统中，激光通信过程会受到大气湍流与指向误差等因素的影响，这些因素可以造成光信号接收端的功率起伏与相位畸变。除此之外，时间误差也是会影响激光通信系统中信号传输质量不可忽略的因素。时间误差主要可以由三个因素引起：第一，激光信号发射端与激光信号接收端之间的湍流引起的折射效应，可以改变发射端与接收端之间的光程，光程之间的差值使得携带信息的光子到达时间是一个动态过程；第二，探测器的抖动会带来一个随机的时延；第三，对于高速移动的接收端或者发送端，时间误差会带来符号间的串扰。
为了解决由于存在时间误差引入码间串扰导致激光通信的信息传输质量不佳的现状，相关技术通常在已知信道信息后，采取最大似然均衡(maximum likelihoodsequence detection，MLSD)来消除码间串扰。但是，由于瞬时的信道增益很难获取，所以采用最大似然均衡消除码间串扰的效果不是很好。
鉴于此，如何在激光通信系统未知瞬时信道增益且未知瞬时时间误差的基础上，通过有效补偿激光通信过程中的时间误差来消除码间串扰，从而提升信息传输的可靠性，是所属领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种激光通信系统的时间误差补偿方法、装置及计算机可读存储介质，在激光通信系统未知瞬时信道增益且未知瞬时时间误差的基础上，实现了通过有效补偿激光通信中的时间误差来消除码间串扰，提升了信息传输的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
本发明实施例一方面提供了一种激光通信系统的时间误差补偿方法，应用于激光通信系统的接收机，包括：
基于维特比网格当前时刻的维特比网格状态确定维特比网格在下一个时刻的所有可能状态；所述维特比网格状态包括当前时刻发送的比特、所述当前时刻的前一时刻发送的比特和用于表示所述当前时刻发送比特的时间误差正负的符号；
根据所述接收机的输出数据计算所有可能状态对应路径的分支度量，并根据所述分支度量计算所有可能状态的累计度量；
若当前时刻满足判决延时条件，则基于所述累计度量对目标时刻的比特进行判决；所述目标时刻由所述当前时刻和所述判决延时条件共同决定；
输出判决得到的比特信息，以作为时间误差补偿后所述目标时刻的比特值，并以所述下一个时刻为所述当前时刻返回执行所述基于维特比网格当前时刻的维特比网格状态确定维特比网格在下一个时刻的所有可能状态的步骤。
可选的，所述基于维特比网格当前时刻的维特比网格状态确定维特比网格在下一个时刻的所有可能状态包括：
维特比网格状态集为
Figure BDA0002628872640000021
所述当前时刻为第k时刻，所述第k时刻的正确网络状态为
Figure BDA0002628872640000022
所述第k时刻判决得到的网络状态为
Figure BDA0002628872640000023
xk-1为第k-1时刻发送的第k-1比特，xk为第k时刻发送的第k比特，Ξ(ξk)为所述第k比特的时间误差ξk的符号，Ξ(ξk)＝+或Ξ(ξk)＝-；
所述下一个时刻为第k+1时刻，所述维特比网格在所述第k+1时刻的所有可能状态为
Figure BDA0002628872640000031
Figure BDA0002628872640000032
为
Figure BDA0002628872640000033
的第i个元素，i＝1,2,3，xk+1为第k+1时刻发送的第k+1比特，Ξ(ξk+1)为所述第k+1比特的时间误差ξk+1的符号。
可选的，所述根据所述接收机的输出数据计算所述所有可能状态对应路径的分支度量包括：
获取所述接收机将接收到的光信号转化的电信号μk；
根据所述电信号μk基于所述维特比网格状态集计算所述分支度量，所述分支度量为
Figure BDA0002628872640000034
式中，
Figure BDA0002628872640000035
η为光电转换效率，Pt为发射功率，h为信道增益，nk为所述第k比特的噪声，xk为xk与其相邻比特组成的向量xk＝(xk+1,xk,xk-1)，
Figure BDA0002628872640000036
为对应xk中三个元素的对应干扰项，
Figure BDA0002628872640000037
为所述第k比特的分支度量，
Figure BDA0002628872640000038
为
Figure BDA0002628872640000039
的第1个元素，
Figure BDA00026288726400000310
为
Figure BDA00026288726400000311
的第3个元素。
可选的，所述
Figure BDA00026288726400000312
由
Figure BDA00026288726400000313
与
Figure BDA00026288726400000314
表示，所述
Figure BDA00026288726400000315
为：
Figure BDA00026288726400000316
Figure BDA00026288726400000317
Figure BDA00026288726400000318
Figure BDA00026288726400000319
式中，
Figure BDA00026288726400000320
为所述第k+1时刻发送的比特的时间误差的绝对值，
Figure BDA00026288726400000321
为所述第k时刻发送的比特的时间误差的绝对值，所述时间误差的绝对值
Figure BDA00026288726400000322
满足独立同分布，且概率密度函数
Figure BDA00026288726400000323
满足：
Figure BDA00026288726400000324
其中，
Figure BDA00026288726400000325
σξ为所述时间误差的绝对值
Figure BDA00026288726400000326
的标准差。
可选的，所述根据所述电信号μk基于所述维特比网格状态集计算所述分支度量包括：
确定所述第k时刻发送的比特的时间误差的符号和所述第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号的所有可能符号状态
Figure BDA00026288726400000327
根据所述电信号μk基于所述维特比网格状态集计算不同符号状态下的分支度量；
若所述第k时刻发送的比特的时间误差的符号为正，所述第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为负，则所述分支度量
Figure BDA0002628872640000041
为：
Figure BDA0002628872640000042
若所述第k时刻发送的比特的时间误差的符号为负，所述第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为正，则所述分支度量
Figure BDA0002628872640000043
为：
Figure BDA0002628872640000044
若所述第k时刻发送的比特的时间误差的符号为正，所述第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为正，则所述分支度量
Figure BDA0002628872640000045
为：
Figure BDA0002628872640000046
若所述第k时刻发送的比特的时间误差的符号为负，所述第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为负，则所述分支度量
Figure BDA0002628872640000047
为：
Figure BDA0002628872640000048
式中，α为大尺度湍流的等效数量，β为小尺度湍流的等效数量，ρ为等效波束半径和指向标准差之比，σξ为所述时间误差的绝对值
Figure BDA00026288726400000410
的标准差，A0为指向误差参数。
可选的，所述当前时刻为k时刻，所述下一个时刻为k+1时刻，所述根据所述分支度量计算所有可能状态的累计度量包括：
利用累计度量关系式计算在所述下一个时刻的所有可能状态的累计度量
Figure BDA0002628872640000049
所述累计度量关系式为：
Figure BDA0002628872640000051
式中，Λk为所述当前时刻的所有可能状态的累计度量，
Figure BDA0002628872640000052
为所述分支度量，μk为所述接收机将接收到的光信号转化的电信号，xk为所述当前时刻发生的第k比特xk与第k+1时刻发送的第k+1比特xk+1、第k-1时刻发送的第k-1比特xk-1组成的向量xk＝(xk+1,xk,xk-1)，
Figure BDA0002628872640000053
为判决后得到的所述当前时刻的比特，
Figure BDA0002628872640000054
为判决后得到的所述当前时刻的前一时刻的比特，
Figure BDA0002628872640000055
为所述第k比特在所述当前时刻的准确网络状态
Figure BDA0002628872640000056
的第3个元素，
Figure BDA0002628872640000057
为所述第k+1比特在所述当前时刻的前一时刻的准确网络状态
Figure BDA0002628872640000058
的第3个元素。
可选的，所述当前时刻为k时刻，所述下一个时刻为k+1时刻，所述若当前时刻满足判决延时条件，则基于所述累计度量对目标时刻的比特进行判决包括：
若k＞δ+1，则基于判决关系式对第k+1-δ时刻的比特进行判决，所述判决关系式为：
Figure BDA0002628872640000059
在所有可能状态对应的路径中保留所有包含
Figure BDA00026288726400000510
的路径，并丢弃其他路径；
其中，δ为判决延迟且为大于3的整数，
Figure BDA00026288726400000511
为所述k+1时刻的所有可能状态的累计度量，
Figure BDA00026288726400000512
为所述第k+1-δ时刻发送比特的准确网络状态，
Figure BDA00026288726400000513
为判决得到第k+1-δ时刻的比特信息，
Figure BDA00026288726400000514
为判决得到第k-δ时刻的比特信息，Ξ(ξk+1-δ)为所述第k+1-δ时刻发送比特的时间误差的符号。
本发明实施例另一方面提供了一种激光通信系统的时间误差补偿装置，应用于激光通信系统的接收机，包括：
状态确定模块，用于基于维特比网格当前时刻的维特比网格状态确定维特比网格在下一个时刻的所有可能状态；所述维特比网格状态包括当前时刻发送的比特、所述当前时刻的前一时刻发送的比特和用于表示所述当前时刻发送比特的时间误差正负的符号；
度量值计算模块，用于根据所述接收机的输出数据计算所有可能状态对应路径的分支度量，并根据所述分支度量计算所有可能状态的累计度量；
比特判决模块，用于若当前时刻满足判决延时条件，则基于所述累计度量对目标时刻的比特进行判决；所述目标时刻由所述当前时刻和所述判决延时条件共同决定；
比特输出模块，用于输出判决得到的比特信息，以作为时间误差补偿后所述目标时刻的比特值。
本发明实施例还提供了一种激光通信系统的时间误差补偿装置，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如前任一项所述激光通信系统的时间误差补偿方法的步骤。
本发明实施例最后还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有激光通信系统的时间误差补偿程序，所述激光通信系统的时间误差补偿程序被处理器执行时实现如前任一项所述激光通信系统的时间误差补偿方法的步骤。
本申请提供的技术方案的优点在于，在维特比网格中增加了每个时刻发送比特的时间误差的符号，也即在利用维特比均衡消除码间串扰过程中考虑了每个时刻比特的时间误差的正负，相比现有维特比方法的状态集合不考虑时间误差的符号项，本申请的维特比网格的每个时刻的状态数相比现有维特比均衡方法均翻了一倍，在无需获悉激光通信系统瞬时信道增益和瞬时时间误差的基础上，可以更加有效地补偿激光通信过程中的时间误差从而消除码间串扰；此外，本申请在判决过程中使用的考虑了时间误差的符号的分支度量与累计度量，相比现有维特比均衡方法在计算分支度量和累计度量不考虑时间误差符合而言，可进一步有效消除时间误差导致的码间串扰，提升了激光通信系统信息传输的可靠性。
此外，本发明实施例还针对激光通信系统的时间误差补偿方法提供了相应的实现装置及计算机可读存储介质，进一步使得所述方法更具有实用性，所述装置及计算机可读存储介质具有相应的优点。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种激光通信系统的时间误差补偿方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的示意性例子的维特比网格的相邻状态转移示意图；
图3为本发明实施例提供的时间误差示意图；
图4为本发明实施例提供的示意性例子的维特比网格示意图；
图5为本发明实施例提供的验证性例子的硬件结构示意图；
图6为本发明实施例提供的基于图5所示硬件系统的验证结果示意图；
图7为本发明实施例提供的一个示例性应用场景的结构框架图；
图8为本发明实施例提供的激光通信系统的时间误差补偿装置的一种具体实施方式结构图；
图9为本发明实施例提供的激光通信系统的时间误差补偿装置的另一种具体实施方式结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。
首先参见图1，图1为本发明实施例提供的一种激光通信系统的时间误差补偿方法的流程示意图，应用于激光通信系统的接收机，本发明实施例可包括以下内容：
S101：基于维特比网格当前时刻的维特比网格状态确定维特比网格在下一个时刻的所有可能状态。
在本申请中，可预先定义维特比网格状态集，维特比网格状态集包括各个时刻的维特比网格状态，也即每个时刻的正确网络状态，对每个时刻的维特比网格状态来说，维特比网格状态均包括当前时刻发送的比特、当前时刻的前一时刻发送的比特和符号，符号用于表示当前时刻发送比特的时间误差正负，若某个时刻发送的比特的时间误差大于0，也即时间误差为正数，则时间误差的符号为+；若某个时刻发送的比特的时间误差小于0，也即时间误差为负数，则时间误差的符号为-。此外，还可预先定义每个时刻判决得到的网络状态，判决得到的网络状态同样包含表示比特的时间误差的符号。正确网络状态是某个时刻发送的比特的真实状态信息，而可以理解的是，其经过传输被接收机接收到之后就会有损耗还有由于时间误差导致的干扰因素，本申请要解决的技术问题是激光通信系统中由于时间误差导致会对相邻比特引入码间串扰而导致整个系统存在传输质量不好的弊端，故需要对接收机接收到的比特信息进行判决在输出，所谓的判决过程实际是对接收机接收到的比特信息通过维特比均衡进行干扰去除的过程，判决得到的比特信息代替实际接收到的比特数据作为接收机接收到的发射端发送的数据。举例来说，预先定义的维特比网格状态集可表示为
Figure BDA0002628872640000091
k表示时刻，其为整数，k＝0,1,2,3……。若当前时刻为第k时刻，当前时刻的维特比网格状态或者是说第k时刻的正确网络状态可表示为
Figure BDA0002628872640000092
第k时刻判决得到的网络状态为
Figure BDA0002628872640000093
xk-1为第k-1时刻发送的比特可称为第k-1比特，xk为第k时刻发送的比特可称为第k比特，Ξ(ξk)为第k比特的时间误差ξk的符号，Ξ(ξk)＝+或Ξ(ξk)＝-。
当然在实际应用过程中，在执行S101步骤之前还需要进行初始化，也即当前时刻k＝0，累计度量Λ1＝0，初始状态集合
Figure BDA0002628872640000094
可以理解的是，维特比网格在每个时刻均会进行相邻状态的转移，每个状态对应一条转移路径，如图2所示的维特比网格所有可能的相邻状态转移。对于下一个时刻，可基于当前时刻的维特比网格状态确定其下一个时刻网格所有可能的相邻状态转移情况，也即确定维特比网格的所有可能状态。以上述例子为例说明，下一个时刻为第k+1时刻，维特比网格在第k+1时刻的所有可能状态可表示为
Figure BDA0002628872640000095
Figure BDA0002628872640000096
为
Figure BDA0002628872640000097
的第i个元素，i＝1,2,3，xk+1为第k+1时刻发送的比特可表示为第k+1比特，Ξ(ξk+1)为第k+1比特的时间误差ξk+1的符号。其中，基于
Figure BDA0002628872640000098
可知，
Figure BDA0002628872640000099
的第i个元素即为xk。
S102：根据接收机的输出数据计算所有可能状态对应路径的分支度量，根据分支度量计算所有可能状态的累计度量。
在S101确定当前时刻的下一个时刻的所有可能状态后，可计算所有可能状态对应路径的分支度量，由于上述每个维特比网格状态均考虑了时间误差的符号，相应的，在计算分支度量时也是考虑时间误差符号的，由于事先不知道时间误差符号，需要计算每种时间误差符号下的分支度量。基于激光通信系统的常识可知，激光通信系统的发射端发送光信号，光信号被接收机接收到后，为了便于后续信号处理和输出展示等，光信号会转化为电信号进行输出，本步骤的接收机的输出数据即为将接收的光信号经过光电转换后的电信号。此外，基于维特比网格状态计算分支度量和累计度量的计算过程可参阅任何一种相关技术中记载的分支度量和累计度量的计算方法，与相关技术不同的是，本申请在计算过程中需要考虑每个比特的时间误差的符号。
S103：判断当前时刻是否满足判决延时条件，若是，则执行S104；若否，则将下一个时刻作为当前时刻返回执行S101。
在本步骤中，判决延时条件即为用于表示何时对比特进行判决，所属领域技术人员可根据实际情况进行确定，本申请对此不做任何限定。至于对哪个时刻的比特进行判决，则可由当前时刻和判决延时条件共同决定。若当前时刻满足判决延迟条件，也即需要对目标时刻的比特进行判决，若当前时刻不满足判决延迟条件，则不进行比特判决，对S101中下一个时刻的下一个时刻执行上述步骤直至满足条件后执行S104。举例来说，若当前时刻为第k时刻，S101步骤的下一个时刻为第k+1时刻，若当前时刻不满足判决延时条件，则更新k＝k+1，返回执行S101，在这次执行过程中，下一个时刻即为第k+1+1时刻。
S104：基于累计度量对目标时刻的比特进行判决。
在S103计算得到累计度量值且确定目标时刻之后，基于累计度量对目标时刻的比特进行判决，得到判决后的比特信息。然后基于判决后的比特信息在所有可能状态对应的路径中确定要保留的路径，丢弃其他路径，以通过从保留的幸存路径中选择最优路径完成判决。
S105：输出判决得到的比特信息，并将下一个时刻作为当前时刻返回执行S101。
本步骤输出的比特信息作为时间误差补偿后目标时刻的比特值，完成当前时刻的判决过程。由于维特比状态以及度量更新的过程考虑了时间误差的符号，所以判决出来的结果更加准确，补偿了时间误差的影响，通过对判决输出的比特进行误码率等指标的测试，从而可证实本申请的有效性。
在输出判决得到的比特信息后，完成当前时刻的判决过程，系统会自动去执行下一个时刻的判决过程，重复执行上述各步骤，也即将下一个时刻作为本申请的当前时刻跳回执行S101。举例来说，若当前时刻为第k时刻，S101步骤的下一个时刻为第k+1时刻，S105在输出判决得到的比特信息后，完成当前时刻的判决过程，然后更新k＝k+1，返回执行S101，在这次执行过程中，下一个时刻即为第k+1+1时刻。
在本发明实施例提供的技术方案中，在维特比网格中增加了每个时刻发送比特的时间误差的符号，也即在利用维特比均衡消除码间串扰过程中考虑了每个时刻比特的时间误差的正负，每个时刻的状态数相比传统维特比均衡方法翻了一倍，在无需获悉激光通信系统瞬时信道增益和瞬时时间误差的基础上，可以更加有效地补偿激光通信过程中的时间误差从而消除码间串扰；此外，本申请在判决过程中使用的考虑了时间误差的符号的分支度量与累计度量，进一步有效消除时间误差导致的码间串扰，提升了激光通信系统信息传输的可靠性。
需要说明的是，本申请中各步骤之间没有严格的先后执行顺序，只要符合逻辑上的顺序，则这些步骤可以同时执行，也可按照某种预设顺序执行，图1只是一种示意方式，并不代表只能是这样的执行顺序。
在上述实施例中，对于如何执行计算分支度量并不做限定，本实施例中给出分支度量的一种计算方法，可包括如下步骤：
维特比网格状态集可表示为
Figure BDA0002628872640000111
若当前时刻为第k时刻，下一个时刻为第k+1时刻，则第k时刻发送的比特称为第k比特，可表示为xk，xk∈{0,1}，第k比特xk的时间误差可表示为ξk，ξk包括绝对值
Figure BDA0002628872640000112
和符号Ξ(ξk)＝±，Ξ(ξk)＝+或Ξ(ξk)＝-。第k时刻的维特比网格的正确状态为
Figure BDA0002628872640000113
第k时刻判决得到的网络状态为
Figure BDA0002628872640000114
xk-1为第k-1时刻发送的第k-1比特。维特比网格在第k+1时刻的所有可能状态为
Figure BDA0002628872640000115
Figure BDA0002628872640000116
为
Figure BDA0002628872640000117
的第i个元素，i＝1,2,3，xk+1为第k+1时刻发送的第k+1比特，Ξ(ξk+1)为第k+1比特的时间误差ξk+1的符号。
对于所有的k＝0,1,2,3……，每个时刻发送的比特的时间误差的绝对值
Figure BDA0002628872640000121
均满足独立同分布，且其概率密度函数
Figure BDA0002628872640000122
满足：
Figure BDA0002628872640000123
其中，
Figure BDA0002628872640000124
σξ为时间误差的绝对值
Figure BDA0002628872640000125
的标准差。
在计算分支度量之前，需要先获取接收机将接收到的光信号转化的电信号μk，由于本申请考虑时间误差会对相邻的比特引入码间串扰，故电信号μk可表示为
Figure BDA0002628872640000126
然后根据电信号μk基于维特比网格状态集
Figure BDA0002628872640000127
计算分支度量，分支度量可表示为
Figure BDA0002628872640000128
式中，η为光电转换效率，Pt为发射功率，h为信道增益，nk为第k比特的噪声，xk为xk与其相邻比特组成的向量xk＝(xk+1,xk,xk-1)，
Figure BDA0002628872640000129
为对应xk中三个元素的对应干扰项，
Figure BDA00026288726400001210
为第k比特的分支度量，
Figure BDA00026288726400001211
为
Figure BDA00026288726400001212
的第1个元素，
Figure BDA00026288726400001213
为
Figure BDA00026288726400001214
的第3个元素。
在本实施例中，信道增益h的概率密度函数fh(h)满足：
Figure BDA00026288726400001215
其中，A0代表指向误差参数，ρ代表等效波束半径与指向标准差之比，α与β代表大尺度与小尺度湍流的等效数量，Γ()代表Gamma函数，G代表Meijer’G函数。也就是说，用于判决比特过程中涉及到接收机的输出信号并考虑时间误差，而输出数据与信道增益有关，本申请无需知道激光通信系统的瞬时信道增益和瞬时时间误差，但是需要已知二者的统计分布的情况。
作为一种可选的实施方式，
Figure BDA00026288726400001216
可由
Figure BDA00026288726400001217
与
Figure BDA00026288726400001218
表示，基于第k比特和第k+1比特不同时间误差的符号的组合，
Figure BDA00026288726400001219
有四种表示形式，如图3所示，下式的上标表示对应比特的时间误差的符号，可如下所述：
Figure BDA0002628872640000131
Figure BDA0002628872640000132
Figure BDA0002628872640000133
Figure BDA0002628872640000134
式中，
Figure BDA0002628872640000135
为第k+1时刻发送的比特的时间误差的绝对值，
Figure BDA0002628872640000136
为第k时刻发送的比特的时间误差的绝对值。
基于预先定义的维特比网格的状态表示形式可知，第k时刻的维特比网格
Figure BDA0002628872640000137
的第3个元素即为该比特的时间误差的符号，确定第k时刻发送的比特的时间误差的符号和第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号的所有可能符号状态
Figure BDA0002628872640000138
Figure BDA0002628872640000139
有四种形式，也即
Figure BDA00026288726400001310
或
Figure BDA00026288726400001311
或
Figure BDA00026288726400001312
或
Figure BDA00026288726400001313
根据电信号μk基于维特比网格状态集计算不同符号状态下的分支度量，可如下所述：
若第k时刻发送的比特的时间误差的符号为正，第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为负，则分支度量
Figure BDA00026288726400001314
可表示为：
Figure BDA00026288726400001315
若第k时刻发送的比特的时间误差的符号为负，第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为正，则分支度量
Figure BDA00026288726400001316
可表示为：
Figure BDA00026288726400001317
若第k时刻发送的比特的时间误差的符号为正，第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为正，则分支度量
Figure BDA00026288726400001318
可表示为：
Figure BDA00026288726400001319
若第k时刻发送的比特的时间误差的符号为负，第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为负，则分支度量
Figure BDA0002628872640000141
可表示为：
Figure BDA0002628872640000142
式中，α为大尺度湍流的等效数量，β为小尺度湍流的等效数量，ρ为等效波束半径和指向标准差之比，σξ为时间误差的绝对值
Figure BDA00026288726400001413
的标准差，A0为指向误差参数。
由上可知，本实施例的维特比网格在每个时刻的状态数是传统维特比均衡方法的2倍，且分支度量考虑了时间误差的符号与统计分布，可以有效消除码间串扰。
在上述实施例中，对于如何执行计算累计度量并不做限定，本实施例中给出累计度量的一种计算方法，可包括如下步骤：
上述实施例给出了当前时刻为k时刻，下一个时刻为k+1时刻计算得到的分支度量，根据上述计算得到的分支度量调用预先存储的累计度量关系式计算在下一个时刻的所有可能状态的累计度量
Figure BDA0002628872640000143
累计度量关系式可表示为：
Figure BDA0002628872640000144
式中，Λk为当前时刻的所有可能状态的累计度量，
Figure BDA0002628872640000145
为分支度量，μk为接收机将接收到的光信号转化的电信号，xk为当前时刻发生的第k比特xk与第k+1时刻发送的第k+1比特xk+1、第k-1时刻发送的第k-1比特xk-1组成的向量xk＝(xk+1,xk,xk-1)，
Figure BDA0002628872640000146
为判决后得到的当前时刻的比特，
Figure BDA0002628872640000147
为判决后得到的当前时刻的前一时刻的比特，
Figure BDA0002628872640000148
为第k比特在当前时刻的准确网络状态
Figure BDA0002628872640000149
的第3个元素，
Figure BDA00026288726400001410
为第k+1比特在当前时刻的前一时刻的准确网络状态
Figure BDA00026288726400001411
的第3个元素。为了使所属领域技术人员更加直观明白本申请技术方案，图4还给出了包含5个时刻的维特比网格的例子，且各时刻对应比特的时间误差的符号为Ξ(ξ0)～Ξ(ξ4)＝+--++，
Figure BDA00026288726400001412
与Λk分别代表第k时刻的分支度量BM与累计度量CM。
本实施例的维特比网格在每个时刻的状态数是传统维特比均衡方法的2倍，且分支度量和累计度量均考虑了时间误差的符号与统计分布，可以进一步有效消除码间串扰。
作为另外一种可选的实施方式，本申请还提供了一种判决状态和判决方式，可包括下述内容：
当前时刻为k时刻，下一个时刻为k+1时刻，判决延时条件可为k＞δ+1，目标时刻为第k+1-δ时刻，也即S103为判断k＞δ+1还是k＜δ+1。
若k＞δ+1，则基于判决关系式对第k+1-δ时刻的比特进行判决，判决关系式可表示为：
Figure BDA0002628872640000151
在所有可能状态对应的路径中保留所有包含
Figure BDA0002628872640000152
的路径，并丢弃其他路径；
其中，δ为判决延迟且为大于3的整数，
Figure BDA0002628872640000153
为k+1时刻的所有可能状态的累计度量，
Figure BDA0002628872640000154
为第k+1-δ时刻发送比特的准确网络状态，
Figure BDA0002628872640000155
为判决得到第k+1-δ时刻的比特信息，
Figure BDA0002628872640000156
为判决得到第k-δ时刻的比特信息，Ξ(ξk+1-δ)为第k+1-δ时刻发送比特的时间误差的符号。
为了验证本申请技术方案的有效性，本申请还基于图5所示的实际应用场景进行了验证。为了提高数据处理效率，本申请技术方案可在FPGA上实现，也即可将实现上述任何一个可实现激光通信系统的时间误差补偿方法对应的计算机程序写入至FPGA中，然后将FPGA插入至激光通信系统的接收机的上位机中。验证结果可参阅图6所示，由图6可知，本申请技术方案可以有效地降低系统误码率，从而提升系统的可靠性。
基于上述本发明实施例的技术方案，本申请实施例的应用场景之一，将本申请技术方案应用于图7所示的带有时间误差、且在强度调制直接探测的激光通信系统中接收机中。如图7所示，在这一应用场景中，可预先将实现上述任何一个可实现激光通信系统的时间误差补偿方法对应的计算机程序写入至接收机的芯片中，如DSP芯片。发射机将激光器和信号源输出的信号经过调制和放大通过发射镜头在每个时刻向外发送比特，接收机通过接收镜头接收发射机发射的比特信息，然后将接收的光信号通过光电转换器件转换为电信号，然后将该电信号进行跨阻放大被采样作为接收机的输出数据。接收机芯片在得到输出数据后，调用预先写入实现激光通信系统的时间误差补偿方法的计算机程序对输出数据进行处理，最后输出判决得到的各个时刻的比特信息代替输出数据作为发射机发送的比特信息。
需要注意的是，上述应用场景仅是为了便于理解本申请的思想和原理而示出，本申请的实施方式在此方面不受任何限制。相反，本申请的实施方式可以应用于适用的任何场景。
由上可知，本发明实施例可以有效地降低系统误码率，提升激光通信系统的可靠性。
本发明实施例还针对激光通信系统的时间误差补偿方法提供了相应的装置，进一步使得所述方法更具有实用性。其中，装置可从功能模块的角度和硬件的角度分别说明。下面对本发明实施例提供的激光通信系统的时间误差补偿装置进行介绍，下文描述的激光通信系统的时间误差补偿装置与上文描述的激光通信系统的时间误差补偿方法可相互对应参照。
基于功能模块的角度，参见图8，图8为本发明实施例提供的激光通信系统的时间误差补偿装置在一种具体实施方式下的结构图，应用于激光通信系统的接收机，该装置可包括：
状态确定模块801，用于基于维特比网格当前时刻的维特比网格状态确定维特比网格在下一个时刻的所有可能状态；维特比网格状态集包括当前时刻发送的比特、当前时刻的前一时刻发送的比特和用于表示当前时刻发送比特的时间误差正负的符号。
度量值计算模块802，用于根据接收机的输出数据计算所有可能状态对应路径的分支度量，并根据分支度量计算所有可能状态的累计度量。
比特判决模块803，用于若当前时刻满足判决延时条件，则基于累计度量对目标时刻的比特进行判决；目标时刻由当前时刻和判决延时条件共同决定。
比特输出模块804，用于输出判决得到的比特信息，以作为时间误差补偿后目标时刻的比特值。
可选的，在本实施例的一些实施方式中，所述状态确定模块801可用于：
维特比网格状态集表示为
Figure BDA0002628872640000171
当前时刻为第k时刻，第k时刻的正确网络状态为
Figure BDA0002628872640000172
第k时刻判决得到的网络状态为
Figure BDA0002628872640000173
xk-1为第k-1时刻发送的第k-1比特，xk为第k时刻发送的第k比特，Ξ(ξk)为第k比特的时间误差ξk的符号，Ξ(ξk)＝+或Ξ(ξk)＝-；
下一个时刻为第k+1时刻，维特比网格在第k+1时刻的所有可能状态为
Figure BDA0002628872640000174
Figure BDA0002628872640000175
为
Figure BDA0002628872640000176
的第i个元素，i＝1,2,3，xk+1为第k+1时刻发送的第k+1比特，Ξ(ξk+1)为第k+1比特的时间误差ξk+1的符号。
作为一种可选的实施方式中，所述度量值计算模块802可包括：
输出数据获取子模块，用于获取接收机将接收到的光信号转化的电信号μk；
分支度量值计算子模块，用于根据电信号μk基于维特比网格状态集计算分支度量，分支度量为
Figure BDA0002628872640000177
式中，
Figure BDA0002628872640000178
η为光电转换效率，Pt为发射功率，h为信道增益，nk为第k比特的噪声，xk为xk与其相邻比特组成的向量xk＝(xk+1,xk,xk-1)，
Figure BDA0002628872640000181
为对应xk中三个元素的对应干扰项，
Figure BDA0002628872640000182
为第k比特的分支度量，
Figure BDA0002628872640000183
为
Figure BDA0002628872640000184
的第1个元素，
Figure BDA0002628872640000185
为
Figure BDA0002628872640000186
的第3个元素。
在该实施例的一些实施方式中，
Figure BDA0002628872640000187
可由
Figure BDA0002628872640000188
与
Figure BDA0002628872640000189
表示，
Figure BDA00026288726400001810
可表示为：
Figure BDA00026288726400001811
Figure BDA00026288726400001812
Figure BDA00026288726400001813
Figure BDA00026288726400001814
式中，
Figure BDA00026288726400001815
为第k+1时刻发送的比特的时间误差的绝对值，
Figure BDA00026288726400001816
为第k时刻发送的比特的时间误差的绝对值，时间误差的绝对值
Figure BDA00026288726400001817
满足独立同分布，且概率密度函数
Figure BDA00026288726400001818
满足：
Figure BDA00026288726400001819
其中，
Figure BDA00026288726400001820
σξ为时间误差的绝对值
Figure BDA00026288726400001821
的标准差。
在本发明实施例的其他一些实施方式中，所述分支度量值计算子模块例如还可包括：
符号状态确定单元，用于确定第k时刻发送的比特的时间误差的符号和第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号的所有可能符号状态
Figure BDA00026288726400001822
根据电信号μk基于维特比网格状态集计算不同符号状态下的分支度量；
第一计算单元，用于若第k时刻发送的比特的时间误差的符号为正，第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为负，则分支度量
Figure BDA00026288726400001823
为：
Figure BDA00026288726400001824
第二计算单元，用于若第k时刻发送的比特的时间误差的符号为负，第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为正，则分支度量
Figure BDA0002628872640000191
为：
Figure BDA0002628872640000192
第三计算单元，用于若第k时刻发送的比特的时间误差的符号为正，第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为正，则分支度量
Figure BDA0002628872640000193
为：
Figure BDA0002628872640000194
第四计算单元，用于若第k时刻发送的比特的时间误差的符号为负，第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为负，则分支度量
Figure BDA0002628872640000195
为：
Figure BDA0002628872640000196
式中，α为大尺度湍流的等效数量，β为小尺度湍流的等效数量，ρ为等效波束半径和指向标准差之比，σξ为时间误差的绝对值
Figure BDA0002628872640000197
的标准差，A0为指向误差参数。
作为本实施例的另一种可选的实施方式，所述度量值计算模块802可以包括累计度量值计算子模块，所述累计度量值计算子模块用于利用累计度量关系式计算在下一个时刻的所有可能状态的累计度量
Figure BDA0002628872640000198
累计度量关系式为：
Figure BDA0002628872640000199
式中，Λk为当前时刻的所有可能状态的累计度量，
Figure BDA00026288726400001910
为分支度量，μk为接收机将接收到的光信号转化的电信号，xk为当前时刻发生的第k比特xk与第k+1时刻发送的第k+1比特xk+1、第k-1时刻发送的第k-1比特xk-1组成的向量xk＝(xk+1,xk,xk-1)，
Figure BDA00026288726400001911
为判决后得到的当前时刻的比特，
Figure BDA00026288726400001912
为判决后得到的当前时刻的前一时刻的比特，
Figure BDA00026288726400001913
为第k比特在当前时刻的准确网络状态
Figure BDA0002628872640000201
的第3个元素，
Figure BDA0002628872640000202
为第k+1比特在当前时刻的前一时刻的准确网络状态
Figure BDA0002628872640000203
的第3个元素。
可选的，在本实施例的另一些实施方式中，所述比特判决模块803例如还可以包括：
判决子模块，用于若k＞δ+1，则基于判决关系式对第k+1-δ时刻的比特进行判决，判决关系式为：
Figure BDA0002628872640000204
路径处理子模块，用于在所有可能状态对应的路径中保留所有包含
Figure BDA0002628872640000205
的路径，并丢弃其他路径；
其中，δ为判决延迟且为大于3的整数，
Figure BDA0002628872640000206
为k+1时刻的所有可能状态的累计度量，
Figure BDA0002628872640000207
为第k+1-δ时刻发送比特的准确网络状态，
Figure BDA0002628872640000208
为判决得到第k+1-δ时刻的比特信息，
Figure BDA0002628872640000209
为判决得到第k-δ时刻的比特信息，Ξ(ξk+1-δ)为第k+1-δ时刻发送比特的时间误差的符号。
本发明实施例所述激光通信系统的时间误差补偿装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例在激光通信系统未知瞬时信道增益且未知瞬时时间误差的基础上，实现了通过有效补偿激光通信中的时间误差来消除码间串扰，提升了信息传输的可靠性。
上文中提到的激光通信系统的时间误差补偿装置是从功能模块的角度描述，进一步的，本申请还提供一种激光通信系统的时间误差补偿装置，应用于激光通信系统的接收机，是从硬件角度描述。图9为本申请实施例提供的另一种激光通信系统的时间误差补偿装置的结构图。如图9所示，该装置包括存储器90，用于存储计算机程序；
处理器91，用于执行计算机程序时实现如上述任一实施例提到的激光通信系统的时间误差补偿方法的步骤。
其中，处理器91可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器91可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器91也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器91可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器91还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器90可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器90还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器90至少用于存储以下计算机程序901，其中，该计算机程序被处理器91加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的激光通信系统的时间误差补偿方法的相关步骤。另外，存储器20所存储的资源还可以包括操作系统902和数据903等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统902可以包括Windows、Unix、Linux等。数据903可以包括但不限于测试结果对应的数据等。
在一些实施例中，激光通信系统的时间误差补偿装置还可包括有显示屏92、输入输出接口93、通信接口94、电源95以及通信总线96。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构并不构成对激光通信系统的时间误差补偿装置的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，例如传感器97。
本发明实施例所述激光通信系统的时间误差补偿装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例在激光通信系统未知瞬时信道增益且未知瞬时时间误差的基础上，实现了通过有效补偿激光通信中的时间误差来消除码间串扰，提升了信息传输的可靠性。
可以理解的是，如果上述实施例中的激光通信系统的时间误差补偿方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
基于此，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有激光通信系统的时间误差补偿程序，所述激光通信系统的时间误差补偿程序被处理器执行时如上任意一实施例所述激光通信系统的时间误差补偿方法的步骤。
本发明实施例所述计算机可读存储介质的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例在激光通信系统未知瞬时信道增益且未知瞬时时间误差的基础上，实现了通过有效补偿激光通信中的时间误差来消除码间串扰，提升了信息传输的可靠性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上对本申请所提供的一种激光通信系统的时间误差补偿方法、装置及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光通信系统的时间误差补偿方法，其特征在于，应用于激光通信系统的接收机，包括：
基于维特比网格当前时刻的维特比网格状态确定维特比网格在下一个时刻的所有可能状态；所述维特比网格状态包括当前时刻发送的比特、所述当前时刻的前一时刻发送的比特和用于表示所述当前时刻发送比特的时间误差正负的符号；
根据所述接收机的输出数据计算所有可能状态对应路径的分支度量，并根据所述分支度量计算所有可能状态的累计度量；
若当前时刻满足判决延时条件，则基于所述累计度量对目标时刻的比特进行判决；所述目标时刻由所述当前时刻和所述判决延时条件共同决定；
输出判决得到的比特信息，以作为时间误差补偿后所述目标时刻的比特值，并以所述下一个时刻为所述当前时刻返回执行所述基于维特比网格当前时刻的维特比网格状态确定维特比网格在下一个时刻的所有可能状态的步骤。
2.根据权利要求1所述的激光通信系统的时间误差补偿方法，其特征在于，所述基于维特比网格当前时刻的维特比网格状态确定维特比网格在下一个时刻的所有可能状态包括：
维特比网格状态集为
Figure FDA0003021953470000011
所述当前时刻为第k时刻，所述第k时刻的正确网络状态为
Figure FDA0003021953470000012
所述第k时刻判决得到的网络状态为
Figure FDA0003021953470000013
xk-1为第k-1时刻发送的第k-1比特，xk为第k时刻发送的第k比特，
Figure FDA0003021953470000014
为判决后得到的所述当前时刻的比特，
Figure FDA0003021953470000015
为判决后得到的所述当前时刻的前一时刻的比特，Ξ(ξk)为所述第k比特的时间误差ξk的符号，Ξ(ξk)＝+或Ξ(ξk)＝-；
所述下一个时刻为第k+1时刻，所述维特比网格在所述第k+1时刻的所有可能状态为
Figure FDA0003021953470000016
Figure FDA0003021953470000017
为
Figure FDA0003021953470000018
的第i个元素，i＝1,2,3，xk+1为第k+1时刻发送的第k+1比特，Ξ(ξk+1)为所述第k+1比特的时间误差ξk+1的符号。
3.根据权利要求2所述的激光通信系统的时间误差补偿方法，其特征在于，所述根据所述接收机的输出数据计算所述所有可能状态对应路径的分支度量包括：
获取所述接收机将接收到的光信号转化的电信号μk；
根据所述电信号μk基于所述维特比网格状态集计算所述分支度量，所述分支度量为
Figure FDA0003021953470000021
式中，
Figure FDA0003021953470000022
η为光电转换效率，Pt为发射功率，h为信道增益，nk为所述第k比特的噪声，xk为xk与其相邻比特组成的向量xk＝(xk+1,xk,xk-1)，
Figure FDA0003021953470000023
为对应xk中三个元素的对应干扰项，
Figure FDA0003021953470000024
为所述第k比特的分支度量，
Figure FDA0003021953470000025
为
Figure FDA0003021953470000026
的第1个元素，
Figure FDA0003021953470000027
为
Figure FDA0003021953470000028
的第3个元素。
4.根据权利要求3所述的激光通信系统的时间误差补偿方法，其特征在于，所述
Figure FDA0003021953470000029
由
Figure FDA00030219534700000210
与
Figure FDA00030219534700000211
表示，所述
Figure FDA00030219534700000212
为：
Figure FDA00030219534700000213
Figure FDA00030219534700000214
Figure FDA00030219534700000215
Figure FDA00030219534700000216
式中，
Figure FDA00030219534700000217
为所述第k+1时刻发送的比特的时间误差的绝对值，
Figure FDA00030219534700000218
为所述第k时刻发送的比特的时间误差的绝对值，所述时间误差的绝对值
Figure FDA00030219534700000219
满足独立同分布，且概率密度函数
Figure FDA00030219534700000220
满足：
Figure FDA00030219534700000221
其中，
Figure FDA00030219534700000222
σξ为所述时间误差的绝对值
Figure FDA00030219534700000223
的标准差。
5.根据权利要求3所述的激光通信系统的时间误差补偿方法，其特征在于，所述根据所述电信号μk基于所述维特比网格状态集计算所述分支度量包括：
确定所述第k时刻发送的比特的时间误差的符号和所述第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号的所有可能符号状态
Figure FDA00030219534700000224
根据所述电信号μk基于所述维特比网格状态集计算不同符号状态下的分支度量；
若所述第k时刻发送的比特的时间误差的符号为正，所述第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为负，则所述分支度量
Figure FDA00030219534700000225
为：
Figure FDA0003021953470000031
若所述第k时刻发送的比特的时间误差的符号为负，所述第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为正，则所述分支度量
Figure FDA0003021953470000032
为：
Figure FDA0003021953470000033
若所述第k时刻发送的比特的时间误差的符号为正，所述第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为正，则所述分支度量
Figure FDA0003021953470000034
为：
Figure FDA0003021953470000035
若所述第k时刻发送的比特的时间误差的符号为负，所述第k+1时刻发送的比特的时间误差的符号为负，则所述分支度量
Figure FDA0003021953470000036
为：
Figure FDA0003021953470000037
式中，α为大尺度湍流的等效数量，β为小尺度湍流的等效数量，ρ为等效波束半径和指向标准差之比，σξ为所述时间误差的绝对值
Figure FDA00030219534700000312
的标准差，A0为指向误差参数。
6.根据权利要求1所述的激光通信系统的时间误差补偿方法，其特征在于，所述当前时刻为k时刻，所述下一个时刻为k+1时刻，所述根据所述分支度量计算所有可能状态的累计度量包括：
利用累计度量关系式计算在所述下一个时刻的所有可能状态的累计度量
Figure FDA0003021953470000038
所述累计度量关系式为：
Figure FDA0003021953470000039
式中，Λk为所述当前时刻的所有可能状态的累计度量，
Figure FDA00030219534700000310
为所述分支度量，μk为所述接收机将接收到的光信号转化的电信号，xk为所述当前时刻发生的第k比特xk与第k+1时刻发送的第k+1比特xk+1、第k-1时刻发送的第k-1比特xk-1组成的向量xk＝(xk+1,xk,xk-1)，
Figure FDA00030219534700000311
为判决后得到的所述当前时刻的比特，
Figure FDA0003021953470000041
为判决后得到的所述当前时刻的前一时刻的比特，
Figure FDA0003021953470000042
为所述第k比特在所述当前时刻的准确网络状态
Figure FDA0003021953470000043
的第3个元素，
Figure FDA0003021953470000044
为所述第k+1比特在所述当前时刻的前一时刻的准确网络状态
Figure FDA0003021953470000045
的第3个元素。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的激光通信系统的时间误差补偿方法，其特征在于，所述当前时刻为k时刻，所述下一个时刻为k+1时刻，所述若当前时刻满足判决延时条件，则基于所述累计度量对目标时刻的比特进行判决包括：
若k＞δ+1，则基于判决关系式对第k+1-δ时刻的比特进行判决，所述判决关系式为：
Figure FDA0003021953470000046
在所有可能状态对应的路径中保留所有包含
Figure FDA0003021953470000047
的路径，并丢弃其他路径；
其中，δ为判决延迟且为大于3的整数，
Figure FDA0003021953470000048
为所述k+1时刻的所有可能状态的累计度量，
Figure FDA0003021953470000049
为所述第k+1-δ时刻发送比特的准确网络状态，
Figure FDA00030219534700000410
为判决得到第k+1-δ时刻的比特信息，
Figure FDA00030219534700000411
为判决得到第k-δ时刻的比特信息，Ξ(ξk+1-δ)为所述第k+1-δ时刻发送比特的时间误差的符号。
8.一种激光通信系统的时间误差补偿装置，其特征在于，应用于激光通信系统的接收机，包括：
状态确定模块，用于基于维特比网格当前时刻的维特比网格状态确定维特比网格在下一个时刻的所有可能状态；所述维特比网格状态包括当前时刻发送的比特、所述当前时刻的前一时刻发送的比特和用于表示所述当前时刻发送比特的时间误差正负的符号；
度量值计算模块，用于根据所述接收机的输出数据计算所有可能状态对应路径的分支度量，并根据所述分支度量计算所有可能状态的累计度量；
比特判决模块，用于若当前时刻满足判决延时条件，则基于所述累计度量对目标时刻的比特进行判决；所述目标时刻由所述当前时刻和所述判决延时条件共同决定；
比特输出模块，用于输出判决得到的比特信息，以作为时间误差补偿后所述目标时刻的比特值。
9.一种激光通信系统的时间误差补偿装置，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述激光通信系统的时间误差补偿方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有激光通信系统的时间误差补偿程序，所述激光通信系统的时间误差补偿程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述激光通信系统的时间误差补偿方法的步骤。
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