[发明专利]基于GGD信道模型的UWOC系统硬解调误码率计算方法

摘要

本发明公开了一种基于GGD信道模型的UWOC系统硬解调误码率计算方法，包括：基于GGD分布，建立采用MPSK调制的点对点的水下无线光通信系统模型；利用高斯拉盖尔多项式，得到不采用信道编码时的点对点MPSK调制误码率的闭合表达式；对LDPC‑UWOC系统平均误码率进行统计；基于GGD分布，建立采用MPSK调制的多跳的水下无线光通信系统模型；得到不采用信道编码时的多跳MPSK调制误码率的闭合表达式；建立采用LDPC信道编码的多跳水下无线光通信系统模型并使用蒙特卡洛仿真的方法对系统性能进行统计。该方法复杂度低，误码率系统性能优于不采用信道编码的系统；采用最新提出的GGD信道模型，更为符合实验情况。

主权项

1.基于广义伽马分布GGD信道模型的水下无线光通信UWOC系统硬解调误码率计算方法，其特征在于，包括下述步骤：1)基于广义伽马分布GGD分布，建立采用MPSK调制的点对点的水下无线光通信的信道模型，并计算系统中断概率；2)利用高斯拉盖尔多项式，得到不采用信道编码时的点对点MPSK调制误码率的闭合表达式；3)基于GGD信道，使用仿真的方法对LDPC‑UWOC系统平均误码率进行统计；4)基于GGD分布，建立采用MPSK调制的多跳的水下无线光通信系统模型，并计算系统中断概率；5)利用高斯拉盖尔多项式，得到不采用信道编码时多跳MPSK调制的误码率闭合表达式；6)基于GGD信道，使用仿真的方法对串行中继协作下的LDPC‑UWOC系统平均误码率进行统计；所述步骤1)中，基于GGD分布建立了点对点的水下无线光通信复合信道模型，是通过下述方法来实现的：1a)建立点对点的自由空间光通信复合信道模型：设x为发送信号序列，y为接收信号序列，则信道的数学模型为：y＝Rhx+n其中，n表示均值为0、方差为的加性高斯白噪声；R为光电探测器响应率，h为服从GGD复合信道分布的信道衰落；1b)根据步骤1a)得到的数学模型，构建了基于GGD分布的系统模型，其概率分布模型的概率密度函数f(I；a,b,c)和累积分布函数分别为：其中，b代表尺度参数，a和c代表形状参数，I代表光强，Γ则代表伽马函数，则点对点条件下的中断概率P_out为：其中，γ为不完全伽马函数，γ_n为归一化信噪比；所述步骤2)中，MPSK调制下，不采用信道编码的点对点系统误码率闭合表达式：式中，是BPSK调制的系统平均误码率，是M＞4时的MPSK调制系统平均误码率，M为调制阶数，H_k为广义拉盖尔公式中的权重，k为高斯拉盖尔积分项数，为平均信噪比；所述步骤3)中，统计点对点下LDPC‑UWOC系统误码率是用下述方法来实现的：3a)生成m个随机数，并与生成矩阵相在GF(2)上进行乘法运算；3b)参照步骤1a)和1b)为信号加入对应信噪比下的信道衰落和高斯白噪声；3c)计算译码器初始概率式中，a_bit为比特位取值，h为信道衰落，y_i为接收信号，σ为噪声方差；3d)统计系统误码率；所述步骤4)中，计算中断概率是通过下述步骤实现的：4a)假设每条链路之间相互独立，则端到端的中断概率与每条链路的中断概率均相关，其相对于初始节点的中断概率可以表示为：式中，P为中断概率，γ_b为瞬时信噪比，γ_th为检测门限，γ_i为当前跳瞬时信噪比，H为总跳数，I为光强，为平均信噪比，P_r为中继结构下每条链路的中断概率；4b)依据点对点的中断概率可得：式中，a_i为当前跳数的形状参数，b_i为当前跳数的尺度参数，γ_n为归一化信噪比，c_i为当前跳数的形状参数；所述步骤5)中，利用高斯拉盖尔多项式，得到误码率的闭合表达式，是通过下述方法来实现的：5a)在采用BPSK调制方式的串行中继结构下，系统平均误码率可以表示为：P_i＝(1‑P_i‑1)P(i)+P_i‑1(1‑P(i)),i＝1,2,3......H其中P_i表示第i跳的点对点误码率，则采用BPSK调制方式的串行中继结构下端到端的系统平均误码率P_H可以表示为：式中，k为高斯拉盖尔函数项数，j为当前跳数，i为中间变量，为当前跳数平均信噪比，H为总跳数，H_k是广义拉盖尔公式中的权重；x_k为广义高斯拉盖尔多项式的第k个根；t是广义高斯拉盖尔多项式的总项数；5b)采用MPSK调制时的误码率为其中，M为调制阶数，M>4；所述步骤6)中，使用仿真的方法统计串行中继协作结构下LDPC‑UWOC系统平均误码率是用下述方法来实现的：6a)生成m个随机数，并与生成矩阵相在GF(2)上进行乘法运算；6b)参照步骤1a)和1b)为信号加入对应信噪比下的信道衰落和高斯白噪声；6c)计算译码器初始概率6d)统计系统误码率。