CN116827444A - 一种基于阶梯码的ftn-mimo无线光通信方法 - Google Patents

一种基于阶梯码的ftn-mimo无线光通信方法 Download PDF

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Abstract

一种基于阶梯码的FTN‑MIMO无线光通信方法，属于超奈奎斯特传输技术(FTN)、信道编码技术、多输入多输出(MIMO)技术领域，将阶梯码、FTN技术与MIMO技术相结合，在提高无线光通信系统传输速率的基础上，进一步提高系统的误码性能。在发送端，先对二进制比特流进行阶梯码编码，其分量码采用BCH码，编码后经过交织，PAM调制，FTN成型后得到发送信号，将发送信号加载到多根光学天线上送入大气信道；在接收端，利用多根光学天线接收信号，接收信号经过FTN采样，PAM解调，解交织后送入阶梯码译码器进行迭代译码，输出二进制比特流。

Description

一种基于阶梯码的FTN-MIMO无线光通信方法
技术领域
本发明属于超奈奎斯特(FTN)传输技术、信道编码技术、多输入多输出(MIMO)技术领域，具体的说是一种基于阶梯码(SCC)的FTN-MIMO无线光通信技术。
背景技术
在5G技术快速商业化的基础上，6G时代对通信场景多样化，通信质量、可靠性以及频谱效率等提出了更高的要求。无线光通信又称自由空间光通信(Free Space Optical，FSO)是一种利用光在自由空间中传递消息的光通信技术，凭借大带宽，免许可证频谱，高数据速率、安装方便、避免电磁污染和防窃听等优点成为未来实现无线接入的一种可行方法。但由于大气信道中湍流效应的存在，使得FSO通信系统的可靠性和传输速率降低。超奈奎斯特(Faster-Than-Nyquist，FTN)技术通过压缩相邻发送信号间间隔提高系统频谱效率，将其引入FSO系统中有效提高了系统传输速率。与此同时，FTN传输技术信号之间的正交性被破坏，不可避免地引入了码间干扰(Inter-Symbol-Interference，ISI)。因此，在FTN-FSO系统中，FTN引入的码间干扰与大气湍流干扰的叠加导致系统性能降低，影响了系统的通信质量和可靠性。
在现有的研究中，主要通过采用均衡技术(Turbo均衡，最小均方误差(MinimumMean Square Error，MMSE)均衡等)和信道编码技术来消除FTN系统引入的码间干扰。近年来，众多研究者将低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check，LDPC)码应用到FTN系统中，通过实验证明将LDPC码与FTN技术相结合获得良好的误码性能。然而，在研究过程中发现，LDPC码由于存在着复杂度高、功耗高和成本高等问题，应用在FTN光通信系统中受到了限制。在此背景下，一种新型硬判决前向纠错(Forward Error Correction，FEC)技术，并且拥有高码率高译码性能的阶梯码(Statrcase Code，SCC)一经出现便迅速引起了光通信领域的高度关注。目前在光通信领域，有关阶梯码的研究主要集中于光纤通信，而在FSO通信中的研究正处于起步阶段。由于FSO通信具有成本低、传输距离远的优点，其应用前景更为广阔。
多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线对信号进行发送和接收。在通信技术迅速发展的今天，MIMO技术已经非常成熟，广泛应用于FSO通信系统中，能够有效抑制大气湍流的影响，提升系统误码性能。近年来，为了满足高传输速率和高可靠性的通信质量的要求，已有学者将MIMO技术与FTN技术相结合应用于无线光通信系统中。
为此，结合阶梯码技术、MIMO技术和FTN技术，本发明提出了一种基于阶梯码的FTN-MIMO无线光通信方法。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决上述中的问题，本发明提出的一种基于阶梯码的FTN-MIMO无线光通信方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种基于阶梯码的FTN-MIMO无线光通信方法，将阶梯码技术、FTN技术以及MIMO技术相结合，在提高FSO通信系统传输速率的基础上，进一步提高系统误码性能，其具体步骤为：
步骤1：在发送端，首先将m个二进制比特序列流送入阶梯码编码器中进行编码；利用分量码字BCH码对阶梯码块的每一行进行编码，然后将得到完整的阶梯码送入到交织器中，将误码离散化，降低序列之间的相关性；交织后，在l时刻将连续的m个比特{bl,1,…,bl,m}映射至符号Sn，形成M阶光强调制信号(M-PAM)接着将调制信号送入滚降系数为a的升余弦脉冲成型滤波器(FTN成型滤波器)后获得FTN信号为发送信号S(t)；此时，发送端发送的信号S(t)可以表示为
式中，Sn表示映射后的第n个信息符号，g(t)表示FTN成型滤波器的脉冲响应，T表示每一个脉冲时间，τ(0＜τ≤1)表示加速因子，当τ＝1时，系统为奈奎斯特系统；发送信号S(t)经过Nt个激光器将电信号转换为光信号通过多根发射光学天线送入大气湍流信道中；
步骤2：在接收端，信号经指数威布尔湍流信道后通过多个接收光学天线接收后，由Nr个光电探测器将光信号转化为电信号，此时，接收信号可以表示为
式中，ξ为光电转换系数，H为收发天线之间的信道衰落矩阵，Z(t)表示噪声矩阵，噪声为高斯白噪声，其中，H可以表示为
式(3)中，为第Nt个发送天线与第Nr个接收天线之间的信道衰落系数，且服从指数威布尔分布；依据公式(2)和(3)可以得出接收端每根天线上接收信号，可以表示为
因此，等增益合并(EGC)后的接收信号可以表示为
式中，i＝1,2,…,Nr，j＝1,2,…,Nt，接着将接收信号Y(t)送入采样间隔为τT的采样器进行FTN采样，则第个采样点信号可表示为
其中，为所需的符号，/>为相邻符号间的码间干扰，表示加性高斯白噪声；接着对采样后的信号进行PAM解调并通过硬判决将其转换为二进制比特/>然后将其送入阶梯码译码器进行迭代译码，在阶梯码译码器中采用滑动窗口译码的方式进行，在设定滑动窗口的大小后，每个滑动窗口内利用BDD译码算法对每个分量码字所对应的行进行迭代译码，当译码次数迭代到最大时，输出译码后的信息比特，即恢复出二进制数据流。
本发明的有益效果如下：
本发明所述的一种基于阶梯码的FTN-MIMO无线光通信方法，提高了FTN-FSO系统通信的可靠性；在FTN-FSO系统中，FTN技术通过压缩相邻发送信号间间隔有效提高了FSO系统传输速率，但同时也由于FTN引入的码间干扰与大气湍流干扰的叠加，导致系统性能严重恶化。本发明将阶梯码和MIMO技术应用到FTN-FSO系统中。引入阶梯码和MIMO技术可有效提升系统误码性能。同时适当增加天线数目可有效抑制湍流对系统影响，在强湍流下抑制效果更明显。其次，阶梯码是一种新型硬判决FEC技术，在接收端利用复杂度低的线性分组码的硬判决译码器BDD进行迭代译码，因此，本系统具有较低的系统实现复杂度。
附图说明
图1是SCC-FTN-MIMO-FSO系统框图，图2是不同天线数目下SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能图，图3是不同码率下有无阶梯码系统误码性能图，图4是不同湍流强度下SCC-FTN-MIMO-FSO系统误码性能图，图5是不同接收孔径下2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统误码性能图，图6是不同滚降系数下2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统误码性能图，图7是不同加速因子下2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统误码性能图。
实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图7所示，本发明所述的一种基于阶梯码的FTN-MIMO无线光通信方法，将阶梯码技术、FTN技术以及MIMO技术相结合，在提高FSO通信系统传输速率的基础上，进一步提高系统误码性能，其具体步骤为：
步骤1：在发送端，首先将m个二进制比特序列流送入阶梯码编码器中进行编码。利用分量码字BCH码对阶梯码块的每一行进行编码，然后将得到完整的阶梯码送入到交织器中。交织的目的是通过降低序列之间的相关性，将误码离散化，改善整个数据序列传出的质量。交织后，在l时刻将连续的m个比特{bl,1,…,bl,m}映射至符号Sn，形成M阶光强调制信号(M-PAM)接着将调制信号送入带有滚降系数为a的升余弦脉冲成型滤波器(FTN成型滤波器)后获得FTN信号为发送信号S(t)。此时，SCC-FTN-MIMO-FSO系统发送端中发送信号S(t)可以表示为
式中，Sn表示映射后的第n个信息符号，g(t)表示FTN成型滤波器的脉冲响应，T表示每一个脉冲时间，τ(0＜τ≤1)表示加速因子。当τ＝1时，系统为奈奎斯特系统。发送信号S(t)经过Nt个激光器将电信号转换为光信号通过多根发射光学天线送入大气湍流信道中；
步骤2：在接收端，信号经指数威布尔湍流信道后通过多个接收光学天线接收后，由Nr个光电探测器将光信号转化为电信号，此时，接收信号可以表示为
式中，ξ为光电转换系数，H为收发天线之间的信道衰落矩阵，Z(t)表示噪声矩阵，噪声为高斯白噪声。其中，H可以表示为
式(3)中，为第Nt个发送天线与第Nr个接收天线之间的信道衰落系数，且服从指数威布尔分布。依据公式(2)和(3)可以得出接收端每根天线上接收信号，可以表示为
因此，等增益合并(EGC)后的接收信号可以表示为
式中，i＝1,2,…,Nr，j＝1,2,…,Nt，接着将接收信号Y(t)送入采样间隔为τT的采样器进行FTN采样，则第个采样点信号表示为
其中，为所需的符号，/>为相邻符号间的码间干扰，表示加性高斯白噪声。接着对采样后的信号进行PAM解调并通过硬判决将其转换为二进制比特/>然后将其送入阶梯码译码器进行迭代译码，在阶梯码译码器中采用滑窗译码的方式进行，在设定滑窗的大小后，每个滑窗内利用BDD译码算法对每个分量码字所对应的行进行迭代译码，当译码次数迭代到最大时，输出译码后的信息比特，即恢复出二进制数据流。
本发明是一种基于阶梯码的FTN-MIMO无线光通信方法。本发明针对SCC-FTN-MIMO-FSO系统具体实施方式进行说明，其它FTN-MIMO-FSO系统可以依此原理实施。下面结合附图以具体实施例来详细说明本发明。
本发明通过如下技术措施来达到：
1、基本假设：
本发明假设信道状态服从指数威布尔分布，假设背景光已被滤波器滤除，仅考虑加性高斯白噪声,假设系统中发送端有Nt个激光器，接收端有Nr个光电探测器。该假设是此类系统的典型情况，非本发明的特殊要求。
2、具体实施步骤：
步骤1：在发送端，首先对二进制比特流进行阶梯码编码，编码后的码字经过交织，PAM调制后，送入FTN成型滤波器后得到发送信号S(t)，发送信号S(t)经过Nt个激光器将电信号转换为光信号通过多根发射光学天线送入大气湍流信道中，此时，SCC-FTN-MIMO-FSO系统发送端中发送信号S(t)可以表示为
式中，Sn表示映射后的第n个信息符号，g(t)表示FTN成型滤波器的脉冲响应，T表示每一个脉冲时间，τ(0＜τ≤1)表示加速因子；
步骤2：在接收端，信号经指数威布尔湍流信道后通过多个接收天线接收后，由Nr个光电探测器将光信号转化为电信号，此时，等增益合并(EGC)后的接收信号可以表示为
式中，ξ为光电转换系数，Z(t)表示噪声矩阵，噪声为高斯白噪声。H为收发天线之间的信道衰落矩阵，i＝1,2,…,Nt，j＝1,2,…,Nr。H服从指数威布尔分布，其概率密度函数和累计函数分别为
式中，α和β为与闪烁指数SI有关的形状参数，η为与辐照度的平均值有关的尺度参数。接着将接收信号Y(t)送入采样间隔为τT的采样器进行FTN采样，再经过PAM解调、解交织和SCC译码后输出译码后的信息比特，即恢复出二进制比特流。
仿真实验：
为了进一步说明本发明的正确性以及天线数目、码率、湍流强度、接收孔径、滚降系数、加速因子对系统误码性能得影响，采用蒙特卡洛方法对本发明的误码性能进行了仿真分析；
仿真参数：假设接收端已知信道状态信息，光电转换效率ξ＝0.5。信道模型采用指数威布尔信道模型：弱湍流时，接收孔径0mm对应α＝4.89，β＝1.03，η＝0.46；25mm对应α＝3.67，β＝1.97，η＝0.73；60mm对应α＝1.69，β＝8.27，η＝1.00；80mm对应α＝1.01，β＝19.27，η＝1.03；中等湍流时，接收孔径0mm对应α＝5.93，β＝0.46，η＝0.11；25mm对应α＝5.37，β＝0.81，η＝0.33；60mm对应α＝3.47，β＝2.20，η＝0.77；80mm对应α＝2.52，β＝4.06，η＝0.92；强湍流时，接收孔径0mm对应α＝5.94，β＝0.46，η＝0.11；25mm对应α＝5.50，β＝0.74，η＝0.29；60mm对应α＝4.80，β＝1.08，η＝0.48；80mm对应α＝4.39，β＝1.34，η＝0.58。阶梯码码率采用0.5，所对应的分量码C为BCH(88，66，3)；阶梯码译码窗口长度为9，迭代次数为7。
仿真结果：
图2为不同天线数目下SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能图，其中横坐标表示信噪比，单位是分贝(dB)，纵坐标表示误码率。带符号“■”实线代表SCC-FTN-SISO(1×1)-FSO系统的误码性能；带符号“★”的实线代表1×2SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能；带符号“▲”的实线代表2×1SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能；带符号“●”的实线代表2×2SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能；带符号“◆”的实线代表2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能；带符号“▼”的实线代表4×2SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能。
从图2中可以看出：1)随着收发端天线数目的增加，SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能提升。2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统误码性能最好，SCC-FTN-SISO-FSO性能最差。2)增加接收天线数目带来的性能增益明显优于增加发送端天线数目带来的性能增益。在误码率为10-5时，与SISO的系统相比，1×2的系统获得6.114dB的性能增益，2×1的系统仅获得0.304dB的性能增益；同时与2×2的系统相比，2×4的系统获得6.552dB的性能增益，4×2的系统获得0.54dB的性能增益。
图3是不同码率下有无阶梯码系统误码性能图，其中横坐标表示信噪比，单位是分贝(dB)，纵坐标表示误码率。带符号“■”的实线代表未编码的2×4FTN-MIMO-FSO系统的误码性能；带符号“●”的实线代表码率为0.5的2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能；带符号“▲”的实线代表码率为0.75的2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能。
由图3可见，加入阶梯码可以明显提升FTN-MIMO-FSO系统误码性能，同时码率为0.5时系统误码性能更好。采用码率为0.5的2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统在误码率为10-5时相较于未编码系统误码性能改善了12.82dB。
图4是不同湍流强度下SCC-FTN-MIMO-FSO系统误码性能图，其中横坐标表示信噪比，单位是分贝(dB)，纵坐标表示误码率。带符号“▼”的实线代表弱湍流影响下2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能；带符号“■”的实线代表中等湍流影响下2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能；带符号“●”的实线代表强湍流影响下2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能；带符号“▽”的实线代表弱湍流影响下SCC-FTN-SISO-FSO系统的误码性能；带符号“□”的实线代表中等湍流影响下SCC-FTN-SISO-FSO系统的误码性能；带符号“○”的实线代表强湍流影响下SCC-FTN-SISO-FSO系统的误码性能。
由图4可见，SCC-FTN-MIMO-FSO系统能有效地抑制湍流对系统性能的影响，且在强湍流下抑制的效果更加明显，提升了系统的误码性能。在强湍流条件下2×4系统误码性能比SISO系统好14.075dB。
图5是不同接收孔径下2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统误码性能图，其中横坐标表示信噪比，单位是分贝(dB)，纵坐标表示误码率。带符号“◆”的实线代表接收孔径为0mm(点接收)影响下系统的误码性能；带符号“▲”的实线代表接收孔径为25mm影响下系统的误码性能；带符号“●”的实线代表接收孔径为60mm影响下系统的误码性能；带符号“■”的实线代表接收孔径为80mm影响下系统的误码性能。
从图5中可以明显看出：1)系统的误码性能随着接收孔径的增加而提升。在接收孔径为80mm时，系统误码性能最好，接收孔径为0mm(点接收孔径)时，系统误码性能最差。2)当接收孔径增加到一定尺寸时，系统的误码性能不会继续提升。当误码率BER＝10-5时，接收孔径为0mm与25mm之间的性能差异为0.77dB，接收孔径为25mm与60mm之间的性能差异为0.523dB，接收孔径为60mm与80mm之间性能差异非常小。
图6是不同滚降系数下2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统误码性能图，其中横坐标表示信噪比，单位是分贝(dB)，纵坐标表示误码率。带符号“■”的实线代表滚降系数a＝1影响下系统的误码性能；带符号“▲”的实线代表滚降系数a＝0.7影响下系统的误码性能；带符号“★”的实线代表滚降系数a＝0.5影响下系统的误码性能；带符号“●”的实线代表滚降系数a＝0.3影响下系统的误码性能；带符号“▼”的实线代表滚降系数a＝0.001影响下系统的误码性能。
由图6可见，对于2×4SCC-FTN-MIMO-FSO：系统误码性能随着滚降系数的增加而提升。滚降系数a＝1时系统误码性能明显好于其他滚降系数；当误码率BER＝10-5时，滚降系数a＝1相较于a＝0.7误码性能改善0.442dB；滚降系数a＝0.7相较于a＝0.5误码性能改善0.419dB；滚降系数a＝0.001(FTN脉冲成型为sinc函数脉冲成型)时，系统误码性能最差。
图7是不同加速因子下2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统误码性能图，其中横坐标表示信噪比，单位是分贝(dB)，纵坐标表示误码率。带符号“■”的实线代表加速因子τ＝1下系统的误码性能；带符号“●”的实线代表加速因子τ＝0.9下系统的误码性能；带符号“▲”的实线代表加速因子τ＝0.8下系统的误码性能。带符号“▼”的实线代表加速因子τ＝0.76下系统的误码性能；带符号“◆”的实线代表加速因子τ＝0.73下系统的误码性能；带符号“★”的实线代表加速因子τ＝0.7下系统的误码性能；带符号的实线代表加速因子τ＝0.67下系统的误码性能；带符号/>的实线代表加速因子τ＝0.63下系统的误码性能；带符号的实线代表加速因子τ＝0.6下系统的误码性能。
从图7中可以明显看出：随着加速因子的降低，2×4SCC-FTN-MIMO-FSO系统的误码性能降低。当加速因子τ＜0.7时，系统误码性能变差，这是由于在FTN系统引入的码间干扰会随着加速因子的减小而增多，从而导致系统性能恶化。
以上是本发明的具体实施方式和仿真验证。所属领域的技术人员对本发明关于现有技术的贡献部分可以通过软件或硬件来执行本发明实施例所述的方法。

Claims (1)

1.一种基于阶梯码的FTN-MIMO无线光通信方法，其特征在于将阶梯码技术、FTN技术以及MIMO技术相结合，在提高FSO通信系统传输速率的基础上，消除系统中的干扰，进一步提高系统误码性能，其具体步骤为：
步骤1：在发送端，首先将m个二进制比特序列流送入阶梯码编码器中进行编码；利用分量码字BCH码对阶梯码块的每一行进行编码，然后将得到完整的阶梯码送入到交织器中，将误码离散化，降低序列之间的相关性；交织后，在l时刻将连续的m个比特{bl,1,…,bl,m}映射至符号Sn，形成M阶光强调制信号(M-PAM)接着将调制信号送入滚降系数为a的升余弦脉冲成型滤波器(FTN成型滤波器)后获得FTN信号为发送信号S(t)；此时，发送端发送的信号S(t)能以表示为：
式中，Sn表示映射后的第n个信息符号，g(t)表示FTN成型滤波器的脉冲响应，T表示每一个脉冲时间，τ(0＜τ≤1)表示加速因子，当τ＝1时，系统为奈奎斯特系统；发送信号S(t)经过Nt个激光器将电信号转换为光信号通过多根发射光学天线送入大气湍流信道中；
步骤2：在接收端，信号经指数威布尔湍流信道后通过多个接收光学天线接收后，由Nr个光电探测器将光信号转化为电信号，此时，接收信号能够表示为
式中，ξ为光电转换系数，H为收发天线之间的信道衰落矩阵，Z(t)表示噪声矩阵，噪声为高斯白噪声，其中，H能以表示为：
式(3)中，为第Nt个发送天线与第Nr个接收天线之间的信道衰落系数，且服从指数威布尔分布；依据公式(2)和(3)能以得出接收端每根天线上接收信号，能够表示为：
因此，等增益合并(EGC)后的接收信号能够表示为
式中，i＝1,2,…,Nr，j＝1,2,…,Nt，接着将接收信号Y(t)送入采样间隔为τT的采样器进行FTN采样，则第个采样点信号能表示为：
其中，为所需的符号，/>为相邻符号间的码间干扰，/>表示加性高斯白噪声；接着对采样后的信号进行PAM解调并通过硬判决将其转换为二进制比特/>然后将其送入阶梯码译码器进行迭代译码，在阶梯码译码器中采用滑动窗口译码的方式进行，在设定滑动窗口的大小后，每个滑动窗口内利用BDD译码算法对每个分量码字所对应的行进行迭代译码，当译码次数迭代到最大时，输出译码后的信息比特，即恢复出二进制数据流。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117353823A (zh) * 2023-10-23 2024-01-05 兰州理工大学 一种超奈奎斯特速率光空间脉冲位置调制方法
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