本發(fā)明適用于無線光通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于廣義似然比檢測原理的序列檢測方法。在無信道估計(jì)和環(huán)境光估計(jì)的情況下，該序列檢測方法能自動消除環(huán)境光的影響，并可基于序列檢測結(jié)果進(jìn)行信道估計(jì)和環(huán)境光估計(jì)。該方法也適用于其他信道除了乘性信道系數(shù)外，含有加性不變或緩慢變化干擾的通信領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

相比傳統(tǒng)的射頻和紅外通信，無線光通信具有發(fā)射功率高、無電磁干擾、綠色節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。無線光通信系統(tǒng)一般采用無線信道作為傳輸媒介，無線信道中的粒子散射和物體表面反射會引起多徑衰落。同時(shí)，日光及人工照明設(shè)備造成環(huán)境光干擾。因此，信號檢測需消除信道狀態(tài)和環(huán)境光的影響。常用的環(huán)境光消除方法包括濾光器等光學(xué)濾波技術(shù)，但濾光器只能消除與本系統(tǒng)光源頻譜不同的環(huán)境光。另一種方法是在光電轉(zhuǎn)換后，基于電信號進(jìn)行信道估計(jì)和環(huán)境光估計(jì)，再對消除信道和環(huán)境光影響的信號進(jìn)行檢測。由于信道估計(jì)和環(huán)境光估計(jì)需要大量導(dǎo)頻符號，此類方法不僅增加能量和帶寬的開銷，也增大了系統(tǒng)時(shí)延。信號逐塊序列檢測的性能優(yōu)于逐符號檢測，性能隨序列長度提高，但系統(tǒng)復(fù)雜度也隨序列長度呈指數(shù)增長。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種無線光通信基于廣義似然比檢測原理的序列檢測方法。該方法不僅能在無信道估計(jì)和環(huán)境光估計(jì)的情況下，直接檢測序列，也能基于序列檢測結(jié)果進(jìn)行信道估計(jì)和環(huán)境光估計(jì)。該方法大大降低了序列檢測的系統(tǒng)復(fù)雜度，避免差錯(cuò)平層問題。

本發(fā)明的原理是：基于觀測窗口的廣義似然比條件，對信號進(jìn)行序列檢測，并可基于序列檢測值進(jìn)行信道估計(jì)和環(huán)境光估計(jì)。由于序列檢測算法的復(fù)雜度隨序列長度的增加呈指數(shù)增長，因此采用全連接網(wǎng)格圖搜索算法降低系統(tǒng)復(fù)雜度，降低后的復(fù)雜度接近調(diào)制階數(shù)的平方。此外，針對數(shù)據(jù)流出現(xiàn)連續(xù)多位相同的符號時(shí)無法判決的問題，采用選擇性儲存方法，同時(shí)降低算法復(fù)雜度和所需存儲器容量。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

無線光通信系統(tǒng)采用調(diào)制階數(shù)為m的調(diào)制方式，所述方法將接收采樣的離散電信號序列，通過全連接網(wǎng)格圖搜索方法和選擇性儲存方法，基于觀測窗口的廣義似然比路徑度量和判決條件，對信號進(jìn)行序列檢測。該方法包括以下步驟：

(1)根據(jù)信道相關(guān)時(shí)間和存儲容量確定觀測窗口長度l，假設(shè)觀測窗口內(nèi)信道和環(huán)境光狀態(tài)不變；

(2)通過全連接網(wǎng)格圖搜索算法，采用基于廣義似然比檢測原理和選擇性儲存方法的路徑度量和判決條件，對接收序列進(jìn)行檢測和儲存。；

此外，該方法還包括如下步驟(3)來進(jìn)行信道估計(jì)和環(huán)境光估計(jì)。

(3)可基于步驟(2)所得序列檢測值，進(jìn)行基于廣義似然比檢測原理的信道估計(jì)和環(huán)境光估計(jì)。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的全連接網(wǎng)格圖搜索方法類似viterbi算法，包括以下步驟：

(1)構(gòu)建每個(gè)時(shí)刻具有m個(gè)節(jié)點(diǎn)的全連接網(wǎng)格圖，時(shí)刻k的每個(gè)節(jié)點(diǎn)帶有m個(gè)支路，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的第i個(gè)支路連接k+1時(shí)刻的第i個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中i∈{0,1,...,m-1}。每個(gè)時(shí)刻的第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)節(jié)點(diǎn)的第i個(gè)支路均代表當(dāng)前時(shí)刻k假設(shè)的m階調(diào)制信號mi。與用于傳統(tǒng)viterbi算法的網(wǎng)格圖不同的是，本發(fā)明設(shè)計(jì)的網(wǎng)格圖為全連接圖，非系統(tǒng)模型的網(wǎng)格圖，不要求了解系統(tǒng)模型，而且網(wǎng)格圖的節(jié)點(diǎn)不含有以前時(shí)刻的假設(shè)調(diào)制信號；

(2)對于時(shí)刻k的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，基于觀測窗口內(nèi)的信號和幸存路徑，通過廣義似然比路徑度量和判決條件，在匯合到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的m條假設(shè)路徑中選出一條作為幸存路徑。當(dāng)兩個(gè)序列為整數(shù)倍關(guān)系時(shí)，相應(yīng)的廣義似然比路徑度量值相同導(dǎo)致判決錯(cuò)誤，性能出現(xiàn)差錯(cuò)平層。由于匯合到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的m條假設(shè)路徑最后一個(gè)值相同，因此這些假設(shè)路徑不可能互為整數(shù)倍關(guān)系，避免了差錯(cuò)平層問題。由于該搜索算法在每個(gè)時(shí)刻只需計(jì)算和比較m²條假設(shè)路徑的路徑度量，該數(shù)量與序列長度、觀測窗口長度或信道記憶長度無關(guān)，從而大大降低了系統(tǒng)復(fù)雜度；

(3)當(dāng)m條幸存路徑在t時(shí)刻(t<k)匯聚時(shí)，即可檢測即確定t時(shí)刻及之前時(shí)刻的序列；

(4)儲存未檢測時(shí)刻(即t時(shí)刻之后)的幸存路徑和接收序列。按時(shí)間順序選擇和儲存檢測序列中l(wèi)i個(gè)m階調(diào)制信號mi，以及對應(yīng)時(shí)刻的接收信號。如式(1)所示，當(dāng)假設(shè)路徑中出現(xiàn)超過l個(gè)連續(xù)相同的符號時(shí)，路徑度量會出現(xiàn)零分母的情況，導(dǎo)致判決失敗。只要兩個(gè)或以上li>0，假設(shè)路徑便不與u平行，即可避免判決失敗。同時(shí)，該方法還降低了算法復(fù)雜度和所需存儲器容量；

(5)在接收序列結(jié)束時(shí)，以步驟(2)的方法從m條幸存路徑中檢測序列。

廣義似然比路徑度量、信道估計(jì)和環(huán)境光估計(jì)需要計(jì)算y(k,l)·u和y(k,l)·xm(k,l)，其中u為長l的全1單位向量，可通過加最新項(xiàng)、減最舊項(xiàng)的累加方式減小計(jì)算量。

本發(fā)明不僅適用于im/dd系統(tǒng)的多階調(diào)制，也適用于相位調(diào)制系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)在未進(jìn)行信道狀態(tài)和環(huán)境光估計(jì)的情況下，直接實(shí)現(xiàn)信號的序列檢測；

(2)在信號檢測之后仍可基于序列檢測結(jié)果估計(jì)信道狀態(tài)和環(huán)境光；

(3)設(shè)計(jì)的網(wǎng)格圖為全連接圖，不要求了解信道的記憶長度；

(4)網(wǎng)格圖搜索算法的復(fù)雜度接近調(diào)制階數(shù)的平方，不隨序列長度、觀測窗口長度、信道記憶長度增長；

(5)選擇性儲存方法進(jìn)一步降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和存儲容量，避免了判決失敗和差錯(cuò)平層問題。

附圖說明

圖1是全連接網(wǎng)格圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)例作詳細(xì)說明。本實(shí)例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)例。

本發(fā)明提供一種無線光通信廣義似然比檢測序列接收機(jī)的方法，針對im/dd系統(tǒng)m階調(diào)制，采用廣義似然比檢測原理對接收序列進(jìn)行判決，結(jié)合全連接網(wǎng)格圖搜索算法和選擇性儲存方法降低序列檢測復(fù)雜度，避免了廣義似然比檢測的判決失敗和差錯(cuò)平層問題，檢測后可基于序列檢測結(jié)果估計(jì)信道狀態(tài)和環(huán)境光。包含如下步驟：

(1)建立信道模型：根據(jù)信道相關(guān)時(shí)間和系統(tǒng)存儲容量確定觀測窗口長度l，假設(shè)觀測窗口內(nèi)信道和環(huán)境光狀態(tài)不變。觀測窗口內(nèi)的信號表示如下：發(fā)送序列為x(k,l)＝[x(k-l+1),...,x(k)]，接收序列為y(k,l)＝[y(k-l+1),...,y(k)]，噪聲序列為n(k,l)＝[n(k-l+1),...,n(k)]。xm(k,l)表示匯聚到同一節(jié)點(diǎn)的m條假設(shè)序列的第m條，m∈{0,1,...,m-1}，為檢測信號。接收信號可以表示為：

y(k,l)＝rc(k)x(k,l)+rpambu+n(k,l)

其中，r為光電探測器的響應(yīng)率，c(k)為信道增益，pamb為環(huán)境光入射到光電探測器的光功率，u為l長的全1單位向量。c(k)緩慢變化，假設(shè)在一個(gè)觀測窗口長度內(nèi)的取值變化可忽略不計(jì)。接收機(jī)在檢測前不估計(jì)信道狀態(tài)信息，可能的碼間串?dāng)_分量合并在n(k,l)里。為簡化表示，用h(k)＝rc(k)表示信道狀態(tài)信息，b(k)＝rpamb表示環(huán)境光。

(2)搜索網(wǎng)格圖圖1，采用基于廣義似然比檢測原理和選擇性儲存方法的路徑度量和判決條件，對接收序列進(jìn)行檢測和儲存；

(3)基于步驟(2)所得序列檢測值進(jìn)行基于廣義似然比檢測原理的信道估計(jì)和環(huán)境光估計(jì)。

由于廣義似然比檢測原理的判決復(fù)雜度為m^l-1，本發(fā)明設(shè)計(jì)全連接的網(wǎng)格圖搜索方法，降低系統(tǒng)復(fù)雜度。實(shí)施方式如下：

(1)構(gòu)建每個(gè)時(shí)刻具有m個(gè)節(jié)點(diǎn)的全連接網(wǎng)格圖，如圖1；

(2)對于時(shí)刻k的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，基于觀測窗口內(nèi)的信號和幸存路徑，通過廣義似然比路徑度量

或

和判決條件

在匯合到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的m條假設(shè)路徑中選出一條作為幸存路徑；

(3)當(dāng)m條幸存路徑在t時(shí)刻(t<k)匯聚時(shí)，即可檢測即確定t時(shí)刻及之前時(shí)刻的序列；

(4)儲存未檢測時(shí)刻(即t時(shí)刻之后)的幸存路徑和接收序列。按時(shí)間順序選擇和儲存檢測序列中l(wèi)i個(gè)m階調(diào)制信號mi，以及對應(yīng)時(shí)刻的接收信號。由于本實(shí)例在檢測后進(jìn)行信道估計(jì)和環(huán)境光估計(jì)，值為0的檢測值仍對估計(jì)有效，因此不需丟棄為0的檢測值。例如，取li＝l/2m，假設(shè)路徑便不可能與u平行，即避免了判決失敗的情況。

(5)在接收序列結(jié)束時(shí)，以步驟(2)的方法從m條幸存路徑中檢測序列。檢測后，廣義似然比檢測信道估計(jì)利用檢測序列通過式(4)或式(5)得到：

或

環(huán)境光估計(jì)通過式(6)或式(7)得到：

或