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专利号: 2022100149504
申请人: 重庆理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向FSO系统的极化编码协作通信方法,其特征在于,包括以下步骤:S1.构建源节点S、中继节点R和目的节点D组成的FSO协作通信传输系统模型;

S2.使用系统极化编码方式对源节点S的原信息M的信息位进行编码;

S3.在第一时隙期间:

假设源节点编码后的信息序列为xs;

源节点S分别向中继节点R和目的节点D广播信号xs;

中继节点R接收到xs后,对其进行译码并计算误码率;

若误码率低于门限值,则提取出S‑D直传链路冻结位集合与S‑R链路信息位集合的交集,并对该交集进行极化编码处理,然后发送至目的节点D处;

S4.在第二时隙期间:

中继节点R向目的节点D发送系统极化编码后的信号;

目的节点D先利用该信号和S‑R链路系统极化码冻结位集合恢复出S‑R链路的信息位集合,得到信息xr;

最后对接收到的信号xs和xr使用EGC方式进行合并处理,并对其进行译码处理。

2.根据权利要求1所述的一种面向FSO系统的极化编码协作通信方法,其特征在于,所述源节点S、中继节点R和目的节点D之间使用半双工通信方式,其传输链路符合gamma‑gamma分布模型。

3.根据权利要求1所述的一种面向FSO系统的极化编码协作通信方法,其特征在于,S3中,S‑R链路的信道系数为hsr,S‑D直传链路的信道系数为hsd,中继节点R和目的节点D的接收信号表示为:

ysr=hsrxs+nsr

ysd=hsdxs+nsd

其中,nsr和nsd分别为S‑R链路和S‑D链路的复加性高斯白噪声,其均值为零、每维方差分别为 和

4.根据权利要求3所述的一种面向FSO系统的极化编码协作通信方法,其特征在于,S4中,R‑D链路的信道系数为hrd,目的节点D接收到的信号yrd表示为:yrd=hrdxr+nrd

其中,nrd是R‑D链路均值为零、每维方差为 的复加性高斯白噪声。

5.根据权利要求4所述的一种面向FSO系统的极化编码协作通信方法,其特征在于,各支路信道状态h的概率密度函数都表示为:其中:Γ(·)为Gamma函数,Kv(·)是第二类贝塞尔函数,α和β分别表征散射过程中大区域和小区域涡旋的有效数量;

当接收端的光辐射为平面波时,α和β可以分别表示为:其中, 为Rytov方差,定义为:其中, 是大气折射率结构常数,k=2π/λ是光波数,λ是激光波长,L是相邻节点之间的传输距离。

6.根据权利要求1所述的一种面向FSO系统的极化编码协作通信方法,其特征在于,所述系统极化编码方式,其原理如下:假设集合A为可靠信道集合,则A是集合{1,…,N}的子集,传输冻结比特的集合可用A的c

补集A表示;

码长为N的极化码的编码方式为:其中, 是源信息的信息比特, 是经过编码后的信息比特,GN是N阶的生成矩阵;

根据信道的可靠性,将源信息和生成矩阵进行拆分,即式(8)可写成如下形式:

在式(9)中,将编码后码字 拆分成 其中B为{1,…,N}的任一子集,式(9)可以表示为式(10)、式(11):其中,GAB表示GN的子矩阵;

在系统极化编码中,xB认为是 中仅包含信息比特的部分, 为 中包含冻结比特的部分。

7.根据权利要求1所述的一种面向FSO系统的极化编码协作通信方法,其特征在于,所述中继节点R使用DF协议,源节点S对信源比特进行循环冗余校验码和极化码的级联编码,经过S‑R链路传输至中继节点R处。

8.根据权利要求7所述的一种面向FSO系统的极化编码协作通信方法,其特征在于,在进行循环冗余校验码和极化码的级联编码时,信源比特的所有信息位都参与CRC编码;

设输入信息序列信息位长度为K,用v={v1,v2,…,vK}表示;

对v进行CRC编码后,得到码长为K+M的序列xi,其中i∈{1,2,…,K+M};

然后将xi送入系统极化码编码器,得到码长为N的信息序列 冻结比特的长度为N‑K;

经过大气湍流信道以后,被传送至中继节点R处,R处的接收信号序列为中继节点R处对 进行译码,得到译码后的序列为在极化编码的对称译码转发中继系统中,对于一个带正交接收机的随机退化中继信道,只要极化码的码率 其中 是系统的对称容量,总是存在一个以块长度N为索引的极化码序列,该极化码对于任意的 都有误码率 其中O(·)表示函数的渐进性,N为极化码码长。

9.根据权利要求1所述的一种面向FSO系统的极化编码协作通信方法,其特征在于,其中,S2包括:

S21.在源节点处,构造可达S‑R链路信道容量的系统极化码序列,该系统极化码码率R<I(WSR),I(WSR)为该信道的互信息,假设 并且 系统极化码冻结位集合定义为:

为该信道的平均巴氏参数,对于一个二进制离散无记忆信道,该信道的的平均巴氏参数为:

其中,y为信道的接收信号,Y为接收信号集合;

令 是FSR的补集,构造的系统极化码序列只编码信息符号 对于S‑D直传链路,系统极化码的构造方式与S‑R链路相同,S‑D链路的冻结位集合为:S22.在中继节点处,首先对来自源节点的信息进行译码,然后提取出以 为索引的信息位集合,再对这些信息位进行可达R‑D链路信道容量的系统极化码编码,最后发送至目的节点;

S23.目的节点译码的信息包括源节点发送给中继节点的部分信息,即使用 和FSR恢复出S‑R链路的信息位集合目的节点将S‑R链路的信息位集合 和S‑D直传链路的信息位集合 进行等增益合并,并对合并后的信息进行译码,即可恢复原信息。