CN112737678A - 一种自由空间光通信系统信道的性能优化方法及装置 - Google Patents
一种自由空间光通信系统信道的性能优化方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112737678A CN112737678A CN202110360479.XA CN202110360479A CN112737678A CN 112737678 A CN112737678 A CN 112737678A CN 202110360479 A CN202110360479 A CN 202110360479A CN 112737678 A CN112737678 A CN 112737678A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- model
- error rate
- optical communication
- space optical
- channel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 151
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 125
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 14
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 14
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 3
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
- H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver
- H04B10/697—Arrangements for reducing noise and distortion
- H04B10/6971—Arrangements for reducing noise and distortion using equalisation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B17/00—Monitoring; Testing
- H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
- H04B17/391—Modelling the propagation channel
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本发明提供一种自由空间光通信系统信道的性能优化方法及装置。其中，该方法包括：基于光量子密度分布模型和光量子的累积量分布模型，利用大偏差理论进行处理，获得通信数据的光量子的初始误码率模型；利用高斯逼近的方式加载噪声参数，得到目标判决依据模型；基于目标判决依据模型，通过标准高斯积分处理得到自由空间光通信信道中光量子的误码率模型；利用误码率模型对通信数据进行误码率分析，分别得到第一线性关系模型和第二线性关系模型，进而实现对自由空间光通信信道系统性能参数进行调整，输出系统调整结果。采用本发明方法，能够提高光通信系统信道的设计效率，降低时间成本，对基于雪崩二极管的自由空间光通信系统设计提供有力支撑。
Description
技术领域
本发明涉及无线光通信技术领域，具体涉及一种自由空间光通信系统信道的性能优化方法和装置。另外，还涉及一种电子设备及非暂态计算机可读存储介质。
背景技术
自由空间光通信（FSO :Free Space Optical Communication)，或称无线光通信、无纤光通信。近几年受到广泛关注，自由空间光通信系统以激光等光源承载信息，以大气等作为为信道传输媒介。其与微波相比，光波的发散角小、抗电磁干扰能力强、波长短、频率高、带宽优势明显等特性；同时具有体积小、容量大、保密性好、传输速率快、无需频率许可、无需铺设光纤链路、易安装架设等特点。在深空探测、航海领域、航天领域和城市局域网等都有广泛的应用。自由空间光通信系统虽然可以提供大容量、高速率的传输链路，但是在传输的过程中会面临大气信道的吸收、散射、损耗、衰落以及大气湍流等影响，从而造成通信性能的严重下降甚至链路中断。而通信信道参数的相关研究结果能够为通信系统设计提供重要参数。因此，开展大气环境下光通信信道性能参数研究至关重要。
雪崩光电二极管（APD；Avalanche Photon Diode）因其具备量子效率高、功耗低、感光灵敏度强、工作频谱范围大、体积小等优点，成为了光接收机的理想选择,在光通信中起着举足轻重的作用。而输出信号(电压或电流)中的噪声严重影响着雪崩光电二极管的探测率和灵敏度,降低噪声可提高雪崩光电二极管的性能。降低噪声首先要测试和分析雪崩光电二极管的噪声水平,而且噪声的测试与分析,还可以评估其质量和可靠性。因此在自由空间光通信信道系统中对基于雪崩光电二极管噪声进行研究，提供一种高效的自由空间光通信信道系统的性能参数调节方案成为本领域研究的重要课题。
发明内容
为此，本发明提供一种自由空间光通信系统信道的性能优化方法及装置，以解决现有技术中存在的自由空间光通信系统信道的性能优化方案效率较低，所需时间成本较高的问题。
本发明提供种自由空间光通信系统信道的性能优化方法，包括：
基于雪崩光电二极管的散粒噪声特征，利用逆高斯分布得到所述雪崩光电二极管的光量子密度分布模型；
基于所述光量子密度分布模型和光量子的累积量分布模型，利用预设的大偏差理论进行分析处理，获得自由空间光通信信道中通信数据的光量子的初始误码率模型；
在获得所述初始误码率模型的基础上，利用高斯逼近的方式加载所述雪崩光电二极管的信道噪声对应的噪声参数，得到相应的目标判决依据模型；其中，所述目标判决依据模型用于对通信数据进行误码率判断；
基于所述目标判决依据模型，通过标准高斯积分处理得到所述自由空间光通信信道中光量子的误码率模型；利用所述误码率模型对通信数据进行误码率分析，得到能量值和误码率之间的第一线性关系模型，以及光量子数和误码率之间的第二线性关系模型；
基于所述第一线性关系模型或所述第二线性关系模型对自由空间光通信信道系统性能参数进行调整，输出系统调整结果。
进一步的，所述光量子密度分布模型对应的数据分布特征表示所述雪崩光电二极管的中光量子对应的光接收器的增益分布区间。
进一步的，所述自由空间光通信信道是光通信信道系统中基于雪崩光电二极管的通信信道。
进一步的，所述噪声参数包括散粒噪声参数和热噪声参数。
进一步的，所述通信数据为二进制数据。
进一步的，所述光量子密度分布模型为一阶光量子密度分布模型。
相应的，本发明提供一种自由空间光通信系统信道的性能优化装置，包括：
光量子密度分布模型单元，用于基于雪崩光电二极管的散粒噪声特征，利用逆高斯分布得到所述雪崩光电二极管的光量子密度分布模型；
初始误码率模型单元，用于基于所述光量子密度分布模型和光量子的累积量分布模型，利用预设的大偏差理论进行分析处理，获得自由空间光通信信道中通信数据的光量子的初始误码率模型；
判决模型单元，用于在获得所述初始误码率模型的基础上，利用高斯逼近的方式加载所述雪崩光电二极管的信道噪声对应的噪声参数，得到相应的目标判决依据模型；其中，所述目标判决依据模型用于对通信数据进行误码率判断；
误码率模型单元，用于基于所述目标判决依据模型，通过标准高斯积分处理得到所述自由空间光通信信道中光量子的误码率模型；利用所述误码率模型对通信数据进行误码率分析，得到能量值和误码率之间的第一线性关系模型，以及光量子数和误码率之间的第二线性关系模型；
系统性能处理单元，用于基于所述第一线性关系模型或所述第二线性关系模型进行自由空间光通信信道系统性能分析，输出系统性能分析结果。
进一步的，所述光量子密度分布模型对应的数据分布特征表示所述雪崩光电二极管的中光量子对应的光接收器的增益分布区间。
进一步的，所述自由空间光通信信道是光通信信道系统中基于雪崩光电二极管的通信信道。
进一步的，所述噪声参数包括散粒噪声参数和热噪声参数。
进一步的，所述通信数据为二进制数据。
进一步的，所述光量子密度分布模型为一阶光量子密度分布模型。
相应的，本发明还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任意一项所述的自由空间光通信系统信道的性能优化方法的步骤。
相应的，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的自由空间光通信系统信道的性能优化方法的步骤。
采用本发明所述的自由空间光通信系统信道的性能优化方法，能够提高光通信系统信道的设计效率，同降低时间成本，易于开展对通信信道各参数的分析和调整，对基于雪崩二极管的自由空间光通信系统设计提供有力支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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取其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种自由空间光通信系统信道的性能优化方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的自由空间光通信信道系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一阶光量子平均值的示意图；
图4为本发明实施例提供的能量平均值的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种自由空间光通信系统信道的性能优化装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面基于本发明所述的自由空间光通信系统信道的性能优化方法，对其实施例进行详细描述。如图1所示，其为本发明实施例提供的自由空间光通信系统信道的性能优化方法的流程示意图，具体实现过程包括以下步骤：
步骤101：基于雪崩光电二极管的散粒噪声特征，利用逆高斯分布得到所述雪崩光电二极管的光量子密度分布模型。其中，所述光量子密度分布模型对应的数据分布特征表示所述雪崩光电二极管的中光量子对应的光接收器的增益分布区间。具体的，所述光量子密度分布模型可为一阶光量子密度分布模型，这里的光量子就是指的一阶电子。
如图2所示，自由空间光通信信道系统包括信号源、光发射器、自由空间光通信信道、噪声源、光接收器和输出端等。具体的，可使用红外1550nm激光器为基础设计光发射器，信号通过调制编码、数模转换和偏置后从发射器发射，通过自由空间光通信信道传输，被基于雪崩光电二极管（APD；Avalanche Photon Diode）的接收器捕获，充分运用高斯逼近加载噪声，通过模数转换、信号均衡以及解调解码后形成接收信号输出。上述自由空间光通信信道在不考虑衰落的理想环境下可表述为：
其中，R(x)是接收信号，S(x)是发射信号，H(x)是信道响应，
代表发射信号与信
道响应的卷积，n(x)是总噪声。自由空间光通信信道的噪声为散粒噪声和热噪声的总和。
在本步骤中，基于雪崩光电二极管的散粒噪声特征（即特性），利用逆高斯分布对通信数据中的光量子进行处理得到一阶光量子密度分布模型对应的光量子密度分布函数公式为：
其中，
表示APD系统光量子随机变量；
是一阶光量子密度分布变量；
是一阶量
子的均值；
是噪声变量；k等于0或者1，表示接收到的二进制信号的值；M表示R的均值。
步骤102：基于所述光量子密度分布模型和光量子的累积量分布模型，利用预设的大偏差理论进行分析处理，获得自由空间光通信信道中通信数据的光量子的初始误码率模型。所述通信数据为二进制数据。其中，所述自由空间光通信信道是光通信信道系统中基于雪崩光电二极管的通信信道。
在本步骤中，得到一阶光量子的累积量分布模型对应的累积量分布函数公式为：
其中，S表示一阶光量子的累积量分布变量；
表示APD系统光量子随机变量；
是
一阶量子的均值；
是噪声变量；k等于0或者1，表示接收到的二进制信号的值；M表示R的均
值。
具体的，运用大偏差理论对通信数据中的光量子进行分析处理，得到通信系统中一阶光量子传输错误概率，代入大偏差率函数和上述累积量分布函数公式得到一阶光量子的初始误码率模型对应的初始误码率函数公式如下：
其中，
是大偏差率函数，其中
代表系统阈值；
，
是总噪声的累积量生成函数，
在上文已经表述，是一阶光
量子的累积量生成函数，
是接收端热噪声的累积量生成函数；
是
的实数
根，
是
的一阶导数，
是
的二阶导数，S是累积量生成函数
的累积量分布
变量，
是热噪声变量。
步骤103：在获得所述初始误码率模型的基础上，利用高斯逼近的方式加载所述雪崩光电二极管的信道噪声对应的噪声参数，得到相应的目标判决依据模型；其中，所述目标判决依据模型用于对通信数据进行误码率判断。所述噪声参数包括散粒噪声参数和热噪声参数。所述目标判决依据模型用来对比所得信号，提供判定此段信号是否有误的依据。
在本步骤中，获得所述初始误码率模型之后，可利用高斯逼近，将上述大偏差理论错误概率分析方法带入到所述初始误码率函数公式中，判断传输信号“1”或“0”是否错误的目标判决依据模型对应的判决公式为：
其中，
表示传输二进制信号的条件概率比值；
是指传输信号为“0”的概率；
是指传输信号为“1”的概率；
和
：分别表示传输信号“1”和“0”时的判决条
件；
表示接收到的所有信号； 
和
分别表示传输信号“0”和“1”所需要的容量，
在实际通信系统应用中，判断传输信号“1”或“0”为错误的概率对应的判决公式分别为：
其中，P（r |
）是判断传输信号“1”为错误概率对应的判决公式；P（r |
）是判
断传输信号“0”为错误概率对应的判决公式；
为接收到1的平均值；
接收到0的平均
值；
和
分别是噪声分布的1和0的变量。
需要说明的是，自由空间光通信信道系统基于自由空间光通信信道进行数据通信对应的传输信号为二进制的数据，比如10101010一串数字。利用上述公式（6）和（7）可以去判断传输信号中每一个1和0为错误的概率。
进一步的，所以判决公式还可改写为：
其中，
是接收到信号1的平均值；
接收到信号0的平均值；
表示接收到的所有
信号；
和
分别是噪声分布的1和0的变量。
代入均方根等相关参数可得如下公式：
其中，
是接收到信号1的平均值，
接收到信号0的平均值，
和
分别是噪声
分布的1和0的变量；
是指在区间
中的变量。
步骤104：基于所述目标判决依据模型，通过标准高斯积分处理得到所述自由空间光通信信道中光量子的误码率模型；利用所述误码率模型对通信数据进行误码率分析，得到能量值和误码率之间的第一线性关系模型，以及光量子数和误码率之间的第二线性关系模型。
需要说明的是，通常能量值越大误码率越低，但是受限于设备、能耗等因素不能无限制的增大能量，所以要找到系统性能和能量值之间的平衡点，在没有过多的浪费的前提下，去保证系统性能，获得最大的效率。另外，与上面能量值与误码率之间的关系相同，发射的光量子数量与误码率之间也需要找到一个平衡点，在此不再重复赘述。
如图3和4所示，其分别为第一线性关系模型对应的示意图和第二线性关系模型对应的示意图。其中，所述第一线性关系模型表示的是能量平均值和误码率之间的线性关系；所述第二线性关系模型光量子数和误码率之间的线性关系。此处光量子就是前文的一阶光量子。
通过标准高斯积分计算可得，自由空间光通信信道服从WMC分布的一阶光量子的误码率模型对应的公式可表示为：
其中，
，
是接收到信号1的平均值，
接收到信号0的平均
值，
和
分别是噪声分布的1和0的变量。计算结果如图3所示，对比可得该研究方法结论
与理论结果充分吻合。在充分考虑衰落对信道的影响后，可推导得到误码率与衰落的关系
对应的公式可表示为：
其中，I代表衰落强度。计算I的概率密度函数如下：
根据普朗克定律，能量平均值与误码率的关系如下：
其中：
表示单个光子的能量；
表示载波频率；h表示普朗克常数；
表示光波波
长。
基于上述公式进行计算最终误码率与衰落影响的计算结果如图4所示，可得使用高斯逼近的WMC噪声分布模型对基于APD的通信信道具有很高的契合度。综上所述，本发明提供的实施例对研究基于雪崩光电二极管的自由空间光通信信道具有显著的研究价值。
步骤105：基于所述第一线性关系模型或所述第二线性关系模型对自由空间光通信信道系统性能参数进行调整，输出系统调整结果。
所述自由空间光通信信道系统，又称自由空间光通信系统。
具体的，在本步骤中，对自由空间光通信系统的信道性能参数进行调整，输出系统信道的调整结果。
采用本发明实施例所述的自由空间光通信系统信道的性能优化方法，能够提高光通信系统信道的设计效率，同降低时间成本，易于开展对通信信道各参数的分析和调整，从而对基于雪崩二极管的自由空间光通信系统设计提供有力支撑。
与上述提供的一种自由空间光通信系统信道的性能优化方法相对应，本发明还提供一种自由空间光通信系统信道的性能优化装置。由于该装置的实施例相似于上述方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的自由空间光通信系统信道的性能优化装置的实施例仅是示意性的。请参考图5所示，其为本发明实施例提供的一种自由空间光通信系统信道的性能优化装置的结构示意图。
本发明所述的一种自由空间光通信系统信道的性能优化装置具体包括如下部分：
光量子密度分布模型单元501，用于基于雪崩光电二极管的散粒噪声特征，利用逆高斯分布得到所述雪崩光电二极管的光量子密度分布模型；
初始误码率模型单元502，用于基于所述光量子密度分布模型和光量子的累积量分布模型，利用预设的大偏差理论进行分析处理，获得自由空间光通信信道中通信数据的光量子的初始误码率模型；
判决模型单元503，用于在获得所述初始误码率模型的基础上，利用高斯逼近的方式加载所述雪崩光电二极管的信道噪声对应的噪声参数，得到相应的目标判决依据模型；其中，所述目标判决依据模型用于对通信数据进行误码率判断；
误码率模型单元504，用于基于所述目标判决依据模型，通过标准高斯积分处理得到所述自由空间光通信信道中光量子的误码率模型；利用所述误码率模型对通信数据进行误码率分析，得到能量值和误码率之间的第一线性关系模型，以及光量子数和误码率之间的第二线性关系模型；
系统性能处理单元505，用于基于所述第一线性关系模型或所述第二线性关系模型进行自由空间光通信信道系统性能分析，输出系统性能分析结果。
采用本发明实施例所述的自由空间光通信系统信道的性能优化装置，能够提高光通信系统信道的设计效率，同降低时间成本，易于开展对通信信道各参数的分析和调整，从而对基于雪崩二极管的自由空间光通信系统设计提供有力支撑。
与上述提供的自由空间光通信系统信道的性能优化方法相对应，本发明还提供一种电子设备。由于该电子设备的实施例相似于上述方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的电子设备仅是示意性的。如图6所示，其为本发明实施例公开的一种电子设备的实体结构示意图。该电子设备可以包括：处理器（processor）601、存储器（memory）602和通信总线603，其中，处理器601，存储器602通过通信总线603完成相互间的通信。处理器601可以调用存储器602中的逻辑指令，以执行自由空间光通信系统信道的性能优化方法，该方法包括：基于雪崩光电二极管的散粒噪声特征，利用逆高斯分布得到所述雪崩光电二极管的光量子密度分布模型；基于所述光量子密度分布模型和光量子的累积量分布模型，利用预设的大偏差理论进行分析处理，获得自由空间光通信信道中通信数据的光量子的初始误码率模型；在获得所述初始误码率模型的基础上，利用高斯逼近的方式加载所述雪崩光电二极管的信道噪声对应的噪声参数，得到相应的目标判决依据模型；其中，所述目标判决依据模型用于对通信数据进行误码率判断；基于所述目标判决依据模型，通过标准高斯积分处理得到所述自由空间光通信信道中光量子的误码率模型；利用所述误码率模型对通信数据进行误码率分析，得到能量值和误码率之间的第一线性关系模型，以及光量子数和误码率之间的第二线性关系模型；基于所述第一线性关系模型或所述第二线性关系模型对自由空间光通信信道系统性能参数进行调整，输出系统调整结果。
此外，上述的存储器602中的逻辑指令可以通过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，本发明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，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述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（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的自由空间光通信系统信道的性能优化方法，该方法包括：基于雪崩光电二极管的散粒噪声特征，利用逆高斯分布得到所述雪崩光电二极管的光量子密度分布模型；基于所述光量子密度分布模型和光量子的累积量分布模型，利用预设的大偏差理论进行分析处理，获得自由空间光通信信道中通信数据的光量子的初始误码率模型；在获得所述初始误码率模型的基础上，利用高斯逼近的方式加载所述雪崩光电二极管的信道噪声对应的噪声参数，得到相应的目标判决依据模型；其中，所述目标判决依据模型用于对通信数据进行误码率判断；基于所述目标判决依据模型，通过标准高斯积分处理得到所述自由空间光通信信道中光量子的误码率模型；利用所述误码率模型对通信数据进行误码率分析，得到能量值和误码率之间的第一线性关系模型，以及光量子数和误码率之间的第二线性关系模型；基于所述第一线性关系模型或所述第二线性关系模型对自由空间光通信信道系统性能参数进行调整，输出系统调整结果。
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的自由空间光通信系统信道的性能优化方法，该方法包括：基于雪崩光电二极管的散粒噪声特征，利用逆高斯分布得到所述雪崩光电二极管的光量子密度分布模型；基于所述光量子密度分布模型和光量子的累积量分布模型，利用预设的大偏差理论进行分析处理，获得自由空间光通信信道中通信数据的光量子的初始误码率模型；在获得所述初始误码率模型的基础上，利用高斯逼近的方式加载所述雪崩光电二极管的信道噪声对应的噪声参数，得到相应的目标判决依据模型；其中，所述目标判决依据模型用于对通信数据进行误码率判断；基于所述目标判决依据模型，通过标准高斯积分处理得到所述自由空间光通信信道中光量子的误码率模型；利用所述误码率模型对通信数据进行误码率分析，得到能量值和误码率之间的第一线性关系模型，以及光量子数和误码率之间的第二线性关系模型；基于所述第一线性关系模型或所述第二线性关系模型对自由空间光通信信道系统性能参数进行调整，输出系统调整结果。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种自由空间光通信系统信道的性能优化方法，其特征在于，包括：
基于雪崩光电二极管的散粒噪声特征，利用逆高斯分布得到所述雪崩光电二极管的光量子密度分布模型；
基于所述光量子密度分布模型和光量子的累积量分布模型，利用预设的大偏差理论进行分析处理，获得自由空间光通信信道中通信数据的光量子的初始误码率模型；
在获得所述初始误码率模型的基础上，利用高斯逼近的方式加载所述雪崩光电二极管的信道噪声对应的噪声参数，得到相应的目标判决依据模型；其中，所述目标判决依据模型用于对通信数据进行误码率判断；
基于所述目标判决依据模型，通过标准高斯积分处理得到所述自由空间光通信信道中光量子的误码率模型；利用所述误码率模型对通信数据进行误码率分析，得到能量值和误码率之间的第一线性关系模型，以及光量子数和误码率之间的第二线性关系模型；
基于所述第一线性关系模型或所述第二线性关系模型对自由空间光通信信道系统性能参数进行调整，输出系统调整结果。
2.根据权利要求1所述的自由空间光通信系统信道的性能优化方法，其特征在于，所述光量子密度分布模型对应的数据分布特征表示所述雪崩光电二极管的中光量子对应的光接收器的增益分布区间。
3.根据权利要求1所述的自由空间光通信系统信道的性能优化方法，其特征在于，所述自由空间光通信信道是光通信信道系统中基于雪崩光电二极管的通信信道。
4.根据权利要求1所述的自由空间光通信系统信道的性能优化方法，其特征在于，所述噪声参数包括散粒噪声参数和热噪声参数。
5.根据权利要求1所述的自由空间光通信系统信道的性能优化方法，其特征在于，所述通信数据为二进制数据。
6.根据权利要求1所述的自由空间光通信系统信道的性能优化方法，其特征在于，所述光量子密度分布模型为一阶光量子密度分布模型。
7.一种自由空间光通信系统信道的性能优化装置，其特征在于，包括：
光量子密度分布模型单元，用于基于雪崩光电二极管的散粒噪声特征，利用逆高斯分布得到所述雪崩光电二极管的光量子密度分布模型；
初始误码率模型单元，用于基于所述光量子密度分布模型和光量子的累积量分布模型，利用预设的大偏差理论进行分析处理，获得自由空间光通信信道中通信数据的光量子的初始误码率模型；
判决模型单元，用于在获得所述初始误码率模型的基础上，利用高斯逼近的方式加载所述雪崩光电二极管的信道噪声对应的噪声参数，得到相应的目标判决依据模型；其中，所述目标判决依据模型用于对通信数据进行误码率判断；
误码率模型单元，用于基于所述目标判决依据模型，通过标准高斯积分处理得到所述自由空间光通信信道中光量子的误码率模型；利用所述误码率模型对通信数据进行误码率分析，得到能量值和误码率之间的第一线性关系模型，以及光量子数和误码率之间的第二线性关系模型；
系统性能处理单元，用于基于所述第一线性关系模型或所述第二线性关系模型进行自由空间光通信信道系统性能分析，输出系统性能分析结果。
8.根据权利要求7所述的自由空间光通信系统信道的性能优化装置，其特征在于，所述光量子密度分布模型对应的数据分布特征表示所述雪崩光电二极管的中光量子对应的光接收器的增益分布区间。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6任意一项所述的自由空间光通信系统信道的性能优化方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任意一项所述的自由空间光通信系统信道的性能优化方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110360479.XA CN112737678A (zh) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | 一种自由空间光通信系统信道的性能优化方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110360479.XA CN112737678A (zh) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | 一种自由空间光通信系统信道的性能优化方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112737678A true CN112737678A (zh) | 2021-04-30 |
Family
ID=75596432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110360479.XA Withdrawn CN112737678A (zh) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | 一种自由空间光通信系统信道的性能优化方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112737678A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113259001A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-08-13 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种空间光通信系统的性能优化处理方法及装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102546008A (zh) * | 2012-01-10 | 2012-07-04 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 一种基于大气参数评估空间激光通信系统误码率的实验装置 |
| CN106685523A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-05-17 | 西安电子科技大学 | 基于指数韦伯和apd的ppm无线光通信系统的误码率计算方法 |
| CN111130652A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-08 | 南京大学 | 一种光子数分辨增强激光通信系统及方法 |
-
2021
- 2021-04-02 CN CN202110360479.XA patent/CN112737678A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102546008A (zh) * | 2012-01-10 | 2012-07-04 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 一种基于大气参数评估空间激光通信系统误码率的实验装置 |
| CN106685523A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-05-17 | 西安电子科技大学 | 基于指数韦伯和apd的ppm无线光通信系统的误码率计算方法 |
| CN111130652A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-08 | 南京大学 | 一种光子数分辨增强激光通信系统及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HAO DU等: "Optical wireless multiple-input multiple-output system based on avalanche photodiode receiver", 《ANNALS OF TELECOMMUNICATIONS》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113259001A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-08-13 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种空间光通信系统的性能优化处理方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jamali et al. | MIMO underwater visible light communications: Comprehensive channel study, performance analysis, and multiple-symbol detection | |
| Jamali et al. | Statistical distribution of intensity fluctuations for underwater wireless optical channels in the presence of air bubbles | |
| Khan et al. | Maximizing throughput of hybrid FSO-RF communication system: An algorithm | |
| Rashed et al. | Performance evaluation of short range underwater optical wireless communications for different ocean water types | |
| Chatzidiamantis et al. | New results on turbulence modeling for free-space optical systems | |
| Moradi et al. | BER analysis of optical wireless signals through lognormal fading channels with perfect CSI | |
| Luong et al. | Average capacity of MIMO free-space optical gamma-gamma fading channel | |
| Mohammed et al. | Performance evaluation of FSO link under NRZ-RZ line codes, different weather conditions and receiver types in the presence of pointing errors | |
| CN108259135B (zh) | 基于高斯近似理论的抗大气湍流衰弱的极化码构建方法 | |
| US10903902B2 (en) | Conformal Visible Light Communication (VLC) receiver and method of use | |
| Hasan Hariq et al. | Spatial diversity techniques for non‐line‐of‐sight ultraviolet communication systems over atmospheric turbulence channels | |
| WO2019011308A1 (en) | IMPULSE AMPLITUDE MODULATION SCHEME WITH UNEQUAL SPACING | |
| CN112737678A (zh) | 一种自由空间光通信系统信道的性能优化方法及装置 | |
| El-Mashade et al. | Performance evaluation of FSO system with MIMO technique in different operating environments | |
| Hasan et al. | Optimized FSO system performance over atmospheric turbulence channels with pointing error and weather conditions | |
| Dubey et al. | Performance enhancement of hybrid‐SIM for optical wireless downlink communication with aperture averaging and receiver diversity | |
| Lee et al. | Fundamental analysis of hybrid free space optical and radio frequency communication systems | |
| Zhao et al. | Effects of beam wander on free-space optical communications through turbulent atmosphere | |
| CN113259001B (zh) | 一种空间光通信系统的性能优化处理方法及装置 | |
| Mohan et al. | The BER performance of a FSO system with polar codes under weak turbulence | |
| Jamali et al. | Performance analysis of multi-hop underwater wireless optical communication systems (extended version) | |
| Prokes et al. | Degradation of free space optical communication performance caused by atmospheric turbulence | |
| Yi et al. | Influence of angle-of-arrival fluctuations on ground-to-satellite laser uplink communication system | |
| Wang et al. | Research on the Design of AI-Based Laser Communication Optical Antenna Systems | |
| Zhang et al. | Performance Analysis of Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted Underwater Wireless Optical Communication Systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20210430 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |