一种基于ACO-FBMC调制的光子计数通信方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体为一种基于ACO

【技术实现步骤摘要】
一种基于ACO
‑
FBMC调制的光子计数通信方法


[0001]本专利技术属于无线光通信
，具体涉及一种基于ACO
‑
FBMC调制的光子计数通信方法。

技术介绍

[0002]海量数据对通信系统的无线频谱资源提出了更高的要求。可见光通信是下一代通信网络的重要技术之一，它通过调制可见光光谱中的光来传输信息，具有丰富的带宽。可见光通信的频谱资源丰富、抗干扰性高以及安全保密性好等特点，可以成为未来B5G/6G高速光网络中无线通信的一种很有前途的解决方案。
[0003]可见光通信接收器通常由一个光电探测器组成，光电探测器能够测量入射光的光强度，经过处理转化为输出信号。但是在实际的通信过程中，长距离弱链路的噪声会影响接收到的信号。基于光子计数的探测器可以有效提高现有光通信系统的灵敏度，实现远距离弱链路下的可靠通信。信号分布更趋向离散的泊松随机变量，其速率取决于当前输入。
[0004]为了提高频谱复用率，多载波调制传输方法成为可见光通信中性能更佳的调制方案。其中经典的正交频分复用技术(OFDM)虽然拥有宽带宽和高速率等优势，但是插入的循环前缀和较大的旁瓣会降低频谱效率，导致较大的频谱泄漏。因此，能够抑制频带泄漏的滤波器组多载波技术(FBMC)成为另一种候选方式。让每个子载波上都通过一个频谱良好的原型滤波器，可以保证子载波之间的正交性。同时，与OFDM技术相比，FBMC调制方法采用了无CP的数据结构，提高了频谱利用率，并且具有副瓣泄漏小、接收端不需要严格的正交同步等优点。/>[0005]在可见光通信系统将输入信号调制为发射光的光强度，光强是非负的。非对称限幅的滤波器组多载波技术(ACO
‑
FBMC)可以适用于可见光通信系统中的强度调制和直接检测。

技术实现思路

[0006]本针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种灵敏度高、效率好的基于ACO
‑
FBMC调制的光子计通信方法。
[0007]本专利技术充分利用光子计数可靠的长距离弱链路检测性能和FBMC出色的频谱利用率，以及非对称限幅(ACO)的方案可满足强度调制
‑
直接检测(IM
‑
DD)等特性，可以有效地提高可见光通信的灵敏度和通信效率。
[0008]本专利技术提供的基于ACO
‑
FBMC调制的光子计数通信方法，具体步骤如下：
[0009](1)对于输入的二进制序列，采用串并转换和QAM映射的方式，将其转换成复数信号；设在一个持续时间为T的发射光脉冲中，输入信号包含M个复输入信号和N个子载波，第n个子载波上第m个符号块的信号表示为：
[0010][0011]其中，表示第n个子载波上第m个符号块的实部，表示第n个子载波上第m个
符号块的虚部；
[0012](2)对每个调制信号，分离出实部和虚部，以便进行实数处理，并且符号的虚部被延迟符号持续时间T的一半，每个子载波符号对应复数信号的实部与虚部；
[0013](3)对每个子载波都使用子载波滤波器进行滤波；所述子载波滤波器采用PHYDYAS原型滤波器；该滤波器组的抽头系数为H
K
，K为重叠因子，取K＝2，3，4；原型滤波器的脉冲响应为：
[0014][0015]其中，是标准化常量；经过滤波和调制后，所有子载波上的相加得到第m个数据块的信号；将所有数据块的信号叠加得到滤波后的所有FBMC的信号
[0016][0017](4)为了满足可见光通信系统采用的强度调制/直接检测(IM/DD)，要求光调制信号必须为非负的实信号，对FBMC信号进行ACO操作；对滤波后的子载波添加共轭数据，并将有效信号调制在奇数位置的子载波上，再进行IFFT变换；调制到LED上的光信号是由两个经过FBMC滤波的实部和虚部序列相加得到的；
[0018](5)在接收端采用单光子计数探测器高灵敏度地检测接收到的光子，并输出光子数，以满足长距离弱链路的通信要求，并通过接收到的光子的数量恢复发射信号的波形。
[0019]步骤(4)中所述ACO操作，具体是对滤波后的子载波X＝[X0，X1，
…
，X
N
‑1]添加共轭数据，构成Hermitian对称结构，保证传输信号为实信号：共轭对称之后的信号为：将有效信号调制在奇数位置的子载波上：再进行IFFT变换，并将经过FBMC调制的实部和虚部两个分离的序列相加得到调制至LED上的调制光信号。
[0020]步骤(5)中接收端采用单光子计数探测器，其中，可见光信号照射到光子计数探测器内光电倍增管的光电阴极半导体上，激发半导体原子内部的电子形成电脉冲；该电脉冲加载到光电倍增管的负载上，经筛选整形，将一个符号时间内接收到的光信号转化为数值形式的光子数；之后通过与发射端对称的操作，得到输出数据；其中，单光子计数探测器采用单光子雪崩二极管(SPAD)，受散粒噪声限制，探测过程满足泊松分布，其概率质量函数可表示为：
[0021][0022]其中，λ
b
为检测到的背景辐射光子数，λ
m
为第m个测量周期中符号能量与单个光子
能量的比值，即检测到的信号光子数，与接收功率线性相关；一个接收信号功率为P
m
、背景辐射光功率为P
b
的SPAD阵列探测器，其可实现的数据速率表示为：
[0023][0024]其中，N是SPAD阵列数目，τ
d
是死时间，Q
‑1(
·
)表示逆Q函数，P
e,th
表示探测器误码率目标。
[0025]本专利技术有以下有益效果：
[0026](1)本专利技术采用光子计数探测器作为可见光通信系统的接收器件检测接收到的光信号，可以满足通信系统高速长距离的需求，并且大大提高了接收端的灵敏度；
[0027](2)本专利技术针对能量效率较低的问题，对发射端的信号采用滤波器组的FBMC的调制方法，很好地抑制频带泄漏，并且通过在每个子载波上使用经过良好频谱设计的原型滤波器，可以保证子载波之间的正交性；
[0028](3)本专利技术采用的非对称限幅ACO结构简单，使FBMC调制方法完全适用于可见光通信。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的ACO
‑
FBMC光子计数通信方法流程图。
[0030]图2为本专利技术采用的FBMC滤波器组结构示意图。
[0031]图3为采用的光子计数探测器与传统光电探测器在不同接收功率下信息速率的对比图。
[0032]图4为采用的FBMC通信方法与传统方法功率谱的对比图。
[0033]图5为采用ACO
‑
FBMC通信方法与传统方法误码率的对比图。
具体实施方式
[0034]本专利技术提供的基于ACO
‑
FBMC调制的光子计数通信方法，如图2所示，具体步骤如下:
[0035](1)F本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ACO
‑
FBMC调制的光子计数通信方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)对于输入的二进制序列，采用串并转换和QAM映射的方式，将其转换成复数信号；设在一个持续时间为T的发射光脉冲中，输入信号包含M个复输入信号和N个子载波，第n个子载波上第m个符号块的信号表示为：其中，表示第n个子载波上第m个符号块的实部，表示第n个子载波上第m个符号块的虚部；(2)对每个调制信号，分离出实部和虚部，以便进行实数处理，并且符号的虚部被延迟符号持续时间T的一半，每个子载波符号对应复数信号的实部与虚部；(3)对每个子载波都使用子载波滤波器进行滤波；所述子载波滤波器采用PHYDYAS原型滤波器；该滤波器组的抽头系数为H
K
，K为重叠因子，取K＝2，3，4；原型滤波器的脉冲响应为：其中，是标准化常量；经过滤波和调制后，所有子载波上的相加得到第m个数据块的信号；将所有数据块的信号叠加得到滤波后的所有FBMC的信号加得到第m个数据块的信号；将所有数据块的信号叠加得到滤波后的所有FBMC的信号(4)为了满足可见光通信系统采用的强度调制/直接检测(IM/DD)，要求光调制信号必须为非负的实信号，故对FBMC信号进行ACO操作；(5)在接收端采用单光子计数探测器高灵敏度地检测接收到的光子，并输出光子数，以满足长距离弱链路的通信要求，并通过接收到的光子的数量恢复发射信号的波形。2.根据权利要求1所述的ACO
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FBMC光子计数通信方法，其特征在于，步骤(4)中所述ACO操作，是对滤波后的子载波X＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎瑾，周小林，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：