一种共振光通信中基于信道估计的信号解调方法技术

本发明专利技术公开了一种共振光通信中基于信道估计的信号解调方法，包括以下步骤：S1.发射信号的映射与调制；S2.电光调制器的输出光携带了发送信息，且会在共振腔内进行往复运动，导致每个周期发送的信号会在光上进行积累；光在共振腔内经过多次往返形成平稳状态后开始通信，此时，确定共振光通信系统的通信模型；S3.设计信道估计算法对共振光通信系统中的信道进行估计；S4.根据信道估计结果，对接收信号进行解调。本发明专利技术基于信道估计，填补了共振光通信系统中关于信号解调理论的空白，为共振光通信技术的发展提供了条件。信技术的发展提供了条件。信技术的发展提供了条件。

【技术实现步骤摘要】
一种共振光通信中基于信道估计的信号解调方法


[0001]本专利技术涉及共振光通信中的信号解调，特别是涉及一种共振光通信中基于信道估计的信号解调方法。

技术介绍

[0002]随着移动通信技术由1G发展到5G，无线通信系统使用的载波频率越来越高，由最初的150MHz发展到现在的几十GHz，一方面是因为低频段的频谱资源趋于饱和，另一方面是因为低频段资源提供的通信带宽有限，无法满足当今人们对带宽的需求。因此，为了满足未来通信发展的需求，实现高速、宽带的无线通信势必要向高频段开发新的频谱资源。由于光波的波长较短且具有几百THz的频率，将光作为无线通信的载体势必会成为未来无线通信的重要技术手段。
[0003]共振光通信处于一个刚起步的阶段，理论上存在着很多空白；关于共振光通信系统中信号解调的话，现有的方案是：将待发送信号与一个载波相乘，并在其上增加一个直流分量后，通过信号发生器送入到电光调制器中；在发射端的增益介质和电光调制器间增加一个光学带通滤波器，在接收端的分光镜后放置一个相同的光学带通滤波器；在接收端，利用光电探测器对信号进行光电转换后，通过一个带通滤波器进行滤波，并与一个载波（与发射端使用的载波相同）相乘后，通过低通滤波器将发送信号恢复出来。该种解调方案的主要问题就是，现用的光学带通滤波器的精度过低，无法实现上述解调方案，因此，提出相对准确的信号解调方案对于共振光通信具有着重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种共振光通信中基于信道估计的信号解调方法，基于信道估计，填补了共振光通信系统中关于信号解调理论的空白，为共振光通信技术的发展提供了条件。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种共振光通信中基于信道估计的信号解调方法，包括以下步骤：S1.对发射信号的映射与调制，得到携带了发射信号的调制光；S2.调制光在共振腔内经过多次往返形成平稳状态，开始通信并确定共振光通信系统的通信模型；S3.设计信道估计算法对共振光通信系统中的信道进行估计；S4.根据信道估计结果，对接收信号进行解调。
[0006]进一步地，所述步骤S1包括以下子步骤：S101.假设发送信号为二进制信息序列,其中的取值为0或1，为防止腔内共振光的强度过低导致链路中断，将按照如下规则映射为：
其中，表示第个信号，即为中的第个信号，为中的第个信号；S102.为了保证发送信号满足电光调制器的输入要求，使用单极性NRZ脉冲对进行脉冲成型得到发送信号：其中，为一个符号的持续时间，由电光调制器的调制速率决定；表示单极性NRZ脉冲；表示时间；S103.将发送信号输入到自由空间型电光振幅调制器中，该调制器根据输入电信号的电压变化来改变入射光强，以此来携带信息，电光调制器的调制原理如下：其中，为输入电信号的电压，为电光调制器的半波电压，为输入光强，为输出光强。
[0007]进一步地，所述步骤S2包括以下子步骤：S201. 当光在共振腔内经过多次往返形成平稳状态后开始通信，将平稳状态时共振光的强度记为；电光调制器的输出光携带了发送信息，且会在共振腔内进行往复运动，导致每个周期发送的信号会在光上进行积累，将第个周期中的第个调制信号记为, 其表达式为：其表达式为：其中，为第个周期中发送的第个符号, 为第个周期中的第个调制信号, 为调制信号在共振腔内往返一周后获得的增益，为在光的一个往返周期可以发送的最大符号数，其由共振光腔长，电光调制器的最大调制速率和自由空间中光速共同决定：在每一个往返周期内，腔内的共振光都会受到增益介质，路径损失和器件损耗的影响，因此，共振光通信系统中的信道视为是增益与损耗之和。
[0008]当光在共振腔内经过多次往返形成平稳状态后开始通信，将平稳状态时共振光的
强度记为。
[0009]进一步地，所述步骤S3包括以下子步骤：在发送端发送收发两端均已知的训练序列，并建立如下的多项式拟合模型来对信道增益函数进行估计：其中，为第个接收数据,表示第个发送数据,，表示多项式的第个系数，；为接收数据的个数，与发送数据个数相等；表示多项式阶数；该多项式拟合模型的矩阵表示形式为：多项式系数可以通过求解下式中的最小二乘问题得到：由于为范德蒙德矩阵，该最小二乘问题具有唯一解：因此，信道增益函数的估计值表示为。进一步地，所述步骤S4包括以下子步骤：S401.接收端的分光镜将接收信号分成两束：一束作为反射光输入到光电探测器用于解调信息，另一束作为透射光经增益介质放大并通过回复反射器反射到接收端用于维持光在腔内的共振状态；假设共振光在腔内运动半程的链路损失为，将第个周期接收到的第个信号记为，其信号表达式为：其信号表达式为：其中，为分光镜的反射比例，表示第个周期接收到的第个信号中包含的瞬时噪声，所述瞬时噪声等于光电探测器带来的散粒噪声和热噪声之和；
S402.在接收端，通过如下的解调算法将第个周期的发送序列解调出来：首先，进行信道估计，得到信道增益函数随调制信号变化的拟合曲线，并根据的表达式得到的估计值，其表达式为：接下来，利用信道估计得到的信道增益函数得到在腔内往返一周后的估计值，则发送符号的估计值为：的估计值为：的估计值为：最后，采用最小距离检测算法恢复出，并将按照如下准则映射为按照如下准则映射为。
[0010]进一步地，所述步骤S4中，当时，根据最小距离检测算法直接恢复出和。
[0011]进一步地，所述步骤S4中，第个周期产生的误码由瞬时噪声和，以及信道增益函数的估计偏差决定。
[0012]本专利技术的有益效果是：本专利技术基于信道估计，提出了共振光通信系统中可实现的信道估计方案，填补了该领域内对于信道估计算法的空白；并给出了共振光通信系统中可实现的解调方案，消除了硬件精度对于解调算法可行性的制约。为共振光通信技术的发展提供了条件。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的方法流程图。
具体实施方式
[0014]下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。
[0015]如图1所示，一种共振光通信中基于信道估计的信号解调方法，包括以下步骤：S1.对发射信号的映射与调制，得到携带了发射信号的调制光；S2.调制光在共振腔内经过多次往返形成平稳状态，开始通信并确定共振光通信系统的通信模型；S3.设计信道估计算法对共振光通信系统中的信道进行估计；S4.根据信道估计结果，对接收信号进行解调。
[0016]进一步地，所述步骤S1包括以下子步骤：S101.假设发送信号为二进制信息序列,其中的取值为0或1，为防止腔内共振光的强度过低导致链路中断，将按照如下规则映射为：其中，表示第个信号，即为中的第个信号，为中的第个信号；S102.为了保证发送信号满足电光调制器的输入要求，使用单极性NRZ脉冲对进行脉冲成型得到发送信号：其中，为一个符号的持续时间，由电光调制器的调制速率决定；表示单极性NRZ脉冲；表示时间；S103.将发送信号输入到自由空间型电光振幅调制器中，该调制器根据输入电信号的电压变化来改变入射光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共振光通信中基于信道估计的信号解调方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.对发射信号的映射与调制，得到携带了发射信号的调制光；S2.调制光在共振腔内经过多次往返形成平稳状态，开始通信并确定共振光通信系统的通信模型；S3.设计信道估计算法对共振光通信系统中的信道进行估计；S4.根据信道估计结果，对接收信号进行解调。2.根据权利要求1所述的一种共振光通信中基于信道估计的信号解调方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下子步骤：S101.假设发送信号为二进制信息序列,其中的取值为0或1，为防止腔内共振光的强度过低导致链路中断，将按照如下规则映射为：其中，k表示第k个信号，即为中的第k个信号，为中的第k个信号；S102.为了保证发送信号满足电光调制器的输入要求，使用单极性NRZ脉冲对进行脉冲成型得到发送信号：其中，为一个符号的持续时间，由电光调制器的调制速率决定；表示单极性NRZ脉冲；t表示时间；S103.将发送信号输入到自由空间型电光振幅调制器中，该调制器根据输入电信号的电压变化来改变入射光强，以此来携带信息，电光调制器的调制原理如下：其中，为输入电信号的电压，为电光调制器的半波电压，为输入光强，为输出光强。3.根据权利要求1所述的一种共振光通信中基于信道估计的信号解调方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下子步骤：S201. 当光在共振腔内经过多次往返形成平稳状态后开始通信，将平稳状态时共振光的强度记为；电光调制器的输出光携带了发送信息，且会在共振腔内进行往复运动，导致每个周期发送的信号会在光上进行积累，将第个周期中的第个调制信号记为,其表达式为：
其中，为第个周期中发送的第个符号, 为第个周期中的第个调制信号, 为调制信号在共振腔内往返一周后获得的增益，为在光的一个往返周期能够发送的最大符号数，其由共振光腔长，电光调制器的最大调制速率和自由空间中光速共同决定：在每一个往返周期内，腔内的共振光都会受到增益介质，路径损失和器件损耗的影响，因此，共振光通信系统中的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄川，崔曙光，田源明，李东旭，
申请(专利权)人：香港中文大学深圳，
类型：发明
国别省市：