CN116938336B - 多天线激光通信系统的信号合并方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光通信技术领域，具体提供一种多天线激光通信系统的信号合并方法，发射机将编码信息进行发射，在接收端基于发射机与接收机间的信道增益，计算接收机收到的信号，将每个接收机收到的电信号均乘以合并系数后获得合并信号，再对合并信号进行译码。本发明可应用于多个发射机和多个接收机的激光通信系统中，极大地增强了实用性和泛用性，更符合现有激光通信系统的需求，提升了系统吞吐量的同时，保持一定的分集增益。
Description
技术领域
本发明涉及激光通信技术领域，具体提供一种在多接收端条件下应用唯一可译码的多天线激光通信系统的信号合并方法。
背景技术
自由空间光通信具有容量大、抗电磁干扰能力强、不需频率授权等优点。强度调制直接探测收发机具有结构简单、成本低廉、便于耦合等优点，使其成为了各类激光通信平台的主流选择。随着激光通信研究的开展，激光通信系统逐渐由传统的点对点的应用场景扩展到多点对多点的场景之中。
而现有研究在应用场景中通常仅假设每个接收镜头只能收到单个发射镜头的信号，接收端也仅有一个信号处理终端的情形，但是在实际应用场景中，根据不同的收发镜头排布，一个接收镜头可以接收到多个发射机的信号。现有的研究局限性很大，不是用于场景的一般化。因此，本发明着眼于在多个发射机与多个接收机的激光通信系统中，每个接收镜头可以接收到每个发射镜头所发射的信号，每个接收机都有一个信号处理终端，在提供分集增益的同时，提供吞吐量增益。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种多天线激光通信系统的信号合并方法，解决了多个发射机与多个接收机的激光通信系统中的信号合并问题，实现了应用场景的一般化，更符合实际应用。
本发明提供的一种多天线激光通信系统的信号合并方法，应用场景为M个发射机和N个接收机，包括以下步骤：
S1、发射机将待传输信息利用唯一可译码进行编码生成码字集合，并发射；
S2、基于发射机与接收机间的信道增益，计算接收机收到的电信号为：
；
其中，表示第k时刻、第j个接收机收到的电信号，/>表示第k时刻、第m个发射机与第j个接收机间的信道增益，/>表示第k时刻、第j个接收机光电转换后的等效高斯噪声，/>表示光电转换系数，/>表示第k时刻、第m个发射机的码字集合中的任意码字；
S3、在任意第k时刻，将每个接收机收到的电信号均乘以一个合并系数，得到合并信号/>：
；
其中，合并系数需满足约束。
优选的，合并系数的计算过程如下：
{}表示第k时刻的合并系数的集合，{/>}中共有P组取值，求出每组取值对应的合并后无噪叠加图样集合；
求出每组取值集合中任意两个不同的叠加图样之间的欧氏距离，并求出P组取值中所有欧氏距离中的最小值d min，并将最小值d min所在组的取值对应赋值给。
优选的，还包括合并信号的译码，具体为：
S4、计算第k时刻的无噪叠加图样集合：
；
其中，表示第m个发射机的码字集合；
S5、依据最大似然判决的方式，判断出无噪叠加图样：
；
其中，表示无噪叠加图样集合/>中任意元素，argmin()表示一种函数，即筛选出当目标函数最小值时自变量的取值，/>表示无噪叠加图样集合/>的元素个数，等于每个码字集合的码字个数的乘积；
S6、根据无噪叠加图样，将其映射成M个光发射机中发射的码字，即可解算出待传输信息。
优选的，在发射机后端，待传输信息依次经过唯一可译码字编码、电光转换和光放大器处理。
与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
本发明可应用于多个发射机和多个接收机的激光通信系统中，大大增强了实用性和泛用性，更符合现有激光通信系统的需求，提升了系统吞吐量的同时，保持一定的分集增益。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的M个发射机和N个接收机的激光通信系统的通信示意图；
图2是根据本发明实施例提供的多天线激光通信系统的信号合并方法的流程图；
图3是根据本发明实施例提供的激光通信系统的误符号率的对比图；
图4是根据本发明实施例提供的激光通信系统的互信息量的对比图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例提供了一种多天线激光通信系统的信号合并方法，其应用在M个发射机和N个接收机的激光通信系统中，发射机的发散角需要满足可以覆盖所有的接收机，接收机的视场角需要满足可以接收到所有发射机的信号，每个发射机包括发射机后端和1个发射镜头，在发射机后端，数据源依次经过唯一可译码字编码（UDC编码）、电光转换和光放大器处理，数据源中包括待传输信息，并且M个发射机的待发送的信息是不同的。每个接收机包括1个接收镜头、光电转换模块、合并系数模块和译码模块，每一个接收机都对应1个合并系数，N路信号合并后，进行唯一可译码字译码（UDC译码），对接收到的M个发射机所发送的信息进行解算。如图2所示，信号合并方法的具体步骤如下：
S1、对于第个发射机，将其待传输信息利用唯一可译码进行编码，生成码字集合/>，码字集合/>包含/>个不同的码字，每个码字的长度均为L，在每个时刻内，每个发射机都可以完成一个码字的传输。
在任意第k时刻，第m个光发射机编码后的码字(/>)进行发射。
S2、由于在接收端存在N个接收机，同一个发射机与不同接收机间的信道增益不同，定义第k时刻、第m个光发射机与第j(1≤j≤N)个接收机的信道增益为，则在相应的第k时刻，第j个接收机将接收到的光信号进行光电转换后的信号/>为：
；
其中，表示第k时刻、第j个接收机光电转换后的等效高斯噪声，/>表示光电转换系数。
S3、将所有接收端与发射端间的信道增益表示为集合{}，将每一个乘以一个合并系数/>，N个接收机的合并系数需满足约束：
。
为了求得合并信号，需要先求出第k时刻的合并系数，合并系数/>的计算步骤如下：
首先，定义{}表示第k时刻的合并系数的集合，{/>}中共有P组取值，其中第l组取值表示为{/>}。
a、定义循环变量并进行初始化l=1；
b、求出当前的合并后无噪叠加图样集合，其中包含/>个无噪叠加图样，记为/>；
c、求出无噪叠加图样集合中任意两个不同的叠加图样/>()之间的欧氏距离/>，共求出/>个欧氏距离/>；
d、比较获得个欧氏距离/>中的最小值/>，此时进行循环判断：
判断l是否等于1：
若l＝1，将的值赋予/>；
若l≠1，比较与/>的值：
如果，执行e；
如果，将/>的值赋予/>，即/>=/>，并且对于所有的j=1，…，N，赋值/>=。
e、判断l是否等于P：
如果l＝P，则结束，输出{}，跳转执行d，输出N个接收机的合并系数；
如果l≠P，更新l=l+1，并执行b。
由此，即可得到合并信号：
。
S4、在合并系数和合并信号计算完毕后，根据信道增益与M个码字集合，计算第k时刻的无噪叠加图样集合：
。
S5、在第k时刻，接收机提取M个发射机所发送的信息，依据最大似然判决的方式，采用最小欧氏距离准则，判断出无噪叠加图样：
；
其中，表示无噪叠加图样集合/>中任意元素，argmin()表示一种函数，即筛选出当目标函数最小值时自变量的取值，/>表示无噪叠加图样集合/>的元素个数，即N M，/>等于每个码字集合的码字个数的乘积；
S6、根据无噪叠加图样，将其映射成M个光发射机中发射的码字，即可解算出发射机接收到的已UDC编码的待传输信息。
为验证本发明的有效性，将本发明应用在M=2、N=2的多天线激光通信系统中，其中两个发射机的码字集合分别为：
；
激光通信系统利用本发明进行通信，系统的误符号率与互信息量的仿真曲线分别如图3与图4所示，从图3和图4中可以看出，应用本发明的合并算法后，无论是误符号率还是信道容量都优于传统的最大比合并（MRC合并），并且远好于单个接收机的条件，说明本专利可以在多个发射机多个接收机的激光通信系统中，提升系统吞吐量的同时，保持一定的分集增益，因此验证了本专利的有效性
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (2)
1.一种多天线激光通信系统的信号合并方法，应用场景为M个发射机和N个接收机，其特征在于，包括以下步骤：
S1、发射机将待传输信息利用唯一可译码进行编码生成码字集合，并发射；
S2、基于发射机与接收机间的信道增益，计算接收机收到的电信号为：
；
其中，表示第k时刻、第j个接收机收到的电信号，/>表示第k时刻、第m个发射机与第j个接收机间的信道增益，/>表示第k时刻、第j个接收机光电转换后的等效高斯噪声，/>表示光电转换系数，/>表示第k时刻、第m个发射机的码字集合中的任意码字；
S3、在任意第k时刻，将每个接收机收到的电信号均乘以一个合并系数，得到合并信号/>：
；
其中，合并系数需满足约束；
合并系数的计算过程如下：
{}表示第k时刻的合并系数的集合，{/>}中共有P组取值，求出每组取值对应的合并后无噪叠加图样集合；
求出每组取值集合中任意两个不同的叠加图样之间的欧氏距离，并求出P组取值中所有欧氏距离中的最小值d min，并将最小值d min所在组的取值对应赋值给；
S4、计算第k时刻的无噪叠加图样集合：
；
其中，表示第m个发射机的码字集合；
S5、依据最大似然判决的方式，判断出无噪叠加图样：
；
其中，表示无噪叠加图样集合/>中任意元素，argmin()表示一种函数，即筛选出当目标函数最小值时自变量的取值，/>表示无噪叠加图样集合/>的元素个数，/>等于每个码字集合的码字个数的乘积；
S6、根据无噪叠加图样，将其映射成M个光发射机中发射的码字/>，即可解算出待传输信息。
2.如权利要求1所述的多天线激光通信系统的信号合并方法，其特征在于，在发射机后端，待传输信息依次经过唯一可译码字编码、电光转换和光放大器处理。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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