斜程大氣激光通信系統(tǒng)誤碼率分析.pdf

1、近年來，自由空間光通信(FSO，F(xiàn)ree Space Optical Communication)的研究開始復(fù)蘇。相較于射頻通信，F(xiàn)SO具有帶寬大，無需頻譜認(rèn)證，組網(wǎng)速度快，功耗低，通信設(shè)備尺寸小，安全性高，以及保密性好的優(yōu)點(diǎn)。但是，F(xiàn)SO通信鏈路處于大氣層中，傳輸光束會不可避免地受到大氣分子及大氣中粒子的吸收和散射衰減。同時還會面臨一個很大的問題——大氣湍流，大氣湍流會引起大氣折射率的隨機(jī)變化，會產(chǎn)生光束擴(kuò)展，光束漂移和光強(qiáng)閃爍等影響

2、，其中光強(qiáng)閃爍的影響最為顯著。光強(qiáng)閃爍會導(dǎo)致光束質(zhì)量嚴(yán)重下降，接收端誤碼率增大，極大的影響了FSO通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，嚴(yán)重制約了FSO技術(shù)的發(fā)展。所以定量的對光強(qiáng)閃爍系數(shù)進(jìn)行研究，對于優(yōu)化通信系統(tǒng)傳輸速率和傳輸容量是十分必要的。
　　本文首先在弱湍流情形下，基于三層高度譜，分析了平面波和球面波在斜程FSO鏈路中的閃爍系數(shù)。與傳統(tǒng)的Kolmogorov譜相比，采用三層高度譜進(jìn)行描述的湍流產(chǎn)生的閃爍效應(yīng)更加嚴(yán)重。在對數(shù)正態(tài)（Lo

3、gNormal，LN）信道衰落中分析了通信系統(tǒng)的誤碼率性能，量化分析了不同天頂角和光波波長對弱湍流信道激光通信的影響。在該研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推導(dǎo)了弱湍流中高斯波的閃爍系數(shù)表達(dá)式，利用LN信道衰落下誤碼率的表達(dá)式分析了不同情形下的誤碼率。量化分析了上行鏈路及下行鏈路中有限的光束半徑對閃爍系數(shù)及誤碼率的影響，得到了下行鏈路誤碼率不隨束腰半徑變化，上行鏈路存在一個最優(yōu)束腰半徑可以使得誤碼率最小的結(jié)論。
　　在上述研究的基礎(chǔ)上又分析了在

4、斜程大氣激光通信系統(tǒng)中，基于三層高度湍流譜，采用擴(kuò)展Rytov理論推導(dǎo)了忽略內(nèi)尺度和外尺度效應(yīng)的上行鏈路和下行鏈路的光強(qiáng)閃爍系數(shù)模型，該模型適用于湍流由弱到強(qiáng)的所有區(qū)域。文中分析了三層高度譜的冪律指數(shù)，近地湍流強(qiáng)度，波長，天頂角等因素對光強(qiáng)閃爍系數(shù)的影響。數(shù)值結(jié)果表明，閃爍系數(shù)隨冪律指數(shù)和波長增大而減小，隨天頂角增大而增大，在天頂角接近70°時，閃爍系數(shù)達(dá)到最大值而后又開始下降。文中還推導(dǎo)了采用OOK和M-PPM調(diào)制方式下，通信系統(tǒng)誤碼