[发明专利]无线光通信中基于对数似然比值的自适应阵列合并方法

说明书

本发明公开了一种无线光通信中基于对数似然比值的自适应阵列合并方法，包括在强度调制/直接检测下，得到光子转化为电子数的输出模型和概率密度函数；根据光强的分布情况，得到发“1”码的概率密度函数和发“0”码的概率密度函数；将单个探测器阵元的输出概率密度函数扩展到阵元数为M的探测器阵列中，得到阵列输出的对数似然函数比值表达式；按照对数似然比最大原则，对M个阵元按照信号强度大小进行逐元累加合并，依次计算输出的对数似然比值，得到自适应阵列合并算法。本发明利用对数似然比最大原则完成了自适应探测器阵列的最优合并输出，与最小差错概率法相比，在达到相同系统性能的条件下，计算复杂度低，易于硬件系统实现。

技术领域

本发明涉及无线光通信技术领域，尤其是一种无线光通信中基于对数似然比值(Log-Likelihood Ratio，简称LLR)的自适应阵列合并方法。

背景技术

无线光通信是一种以光波作为信息载体，无需任何有线信道作为传输媒介，并在接收端通过接收机将光信号转化为电信号的一种通信方式。然而在无线光通信中光链路容易受到大气湍流的影响，致使光通信接收机焦平面上点扩散函数随机起伏和漂移，导致光电探测器无法有效覆盖信号光场。通过增大光电探测器面积来增大接收视场角，虽然可以覆盖聚焦光束的随机漂移，但同时引入了更多的背景辐射噪声，效果并不明显。

通过多个探测器组成阵列探测器的方式扩大接收视场角，同时在强度调制/直接检测条件下采取相应的阵列信号处理算法将各阵元组合输出来减小背景辐射光噪声的影响，可有效解决接收机大视场角与背景光辐射通量间的矛盾。常用阵元合并输出算法有最大比合并、等增益合并、选择合并以及最小差错概率法等。最大比合并输出算法性能最优，但在光通信系统中由于接收机噪声随机不定，信噪比权值无法实时精确计算，且复杂度高。而等增益合并虽然不需要计算各支路信噪比，但在无信号光的阵元部分引入了大量噪声。选择合并只选择信噪比最大的一个阵元作为输出牺牲了其他阵元信号。最小差错概率法即以最小误码率为原则将各阵元组合输出，性能最优，但对于部分探测器如雪崩光电二极管(APD)、光电倍增管(PMT)等高增益接收机来说，其输出模型复杂，误码率计算量大，效率低。

发明内容

为克服光通信系统中的阵列接收机在做最优输出算法下高复杂度计算和低效率问题，本发明提供一种无线光通信中基于对数似然比值的自适应阵列合并方法，以阵列的各阵元组合输出的对数似然值比最大为原则，将各阵元进行合并输出，得到自适应的最优输出方案。

本发明为解决技术问题采用的技术方案如下：

一种无线光通信中基于对数似然比值的自适应阵列合并方法，包括如下步骤：

S1.在强度调制/直接检测(IM/DD)下，根据不同的光电探测器类型得出在一定信号光强度λ(t)条件下光子转化为电子数y的输出模型和概率密度函数p(y|λ(t))；

S1中，探测器输出的概率密度函数p(y|λ(t))根据不同探测器电子输出模型而得到；

S2.根据光强的分布情况，得到不同的调制方式下单个探测器阵元在一个时隙内有信号光束产生的平均光子数和无信号光束产生的平均光子数并在已知接收机输出模型下，代入计算得到发“1”码的概率密度函数p₁(y|1)和发“0”码的概率密度函数p₀(y|0)；