大氣激光通信中正交頻分復用技術研究.pdf

1、大氣激光通信(Atmospheric Laser Communication,ALC)是一種以大氣為傳輸媒介,利用激光作為信號載體來實現(xiàn)點對點、點對多點和多點對多點間語音、數(shù)據、圖像信息雙向傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g,它在解決目前寬帶網絡通信中“最后一公里”問題和應急通信等方面有著良好的應用前景。
　　 在大氣激光通信鏈路中,由于受到各種惡劣天氣的影響,接收到的光信號能量會得到衰減。此外,大氣湍流還會引起光信號強度和相位的隨機起伏,導致系統(tǒng)

2、誤碼率性能下降。因此,研究高性能的調制解調技術和信道編碼技術已成為大氣激光通信的重要課題之一。論文主要從以下幾個方面進行了研究:
　　 1、目前正交頻分復用(OFDM)技術并沒有成功地運用到大氣激光通信領域中,這主要是因為大氣激光通信系統(tǒng)采用的是光強度調制,只能傳送單極性實信號。鑒于這種情況,本文采用了一種非對稱限幅光正交頻分復用(Asymmetrically Clipped OpticalOFDM,ACO-OFDM)技術,并把

3、它運用到大氣激光通信系統(tǒng)中。在大氣湍流信道下,對該調制方案的性能進行了仿真研究,并和傳統(tǒng)的光強度調制技術進行了性能比較。仿真結果表明在大氣湍流(湍流強度為σ2sc=0.2)環(huán)境下,非對稱限幅光OFDM系統(tǒng)性能要分別比直流偏置光OFDM系統(tǒng)和OOK系統(tǒng)提高了4dB和6dB,并且它也是目前光功率效率最高的調制技術。
　　 2、在大氣激光通信系統(tǒng)中,較高的峰值平均功率比(PAPR)不僅會對系統(tǒng)性能帶來影響,還會對人眼或皮膚造成傷害。針

4、對降低非對稱限幅光OFDM系統(tǒng)高PAPR的問題,本文對目前已經提出的降低無線OFDM系統(tǒng)PAPR的方法進行了研究,結果發(fā)現(xiàn)所有這些方法都不能直接運用到非對稱限幅光OFDM系統(tǒng)中,因此本文對這些方法進行了結構上的改進,并對其性能進行了研究仿真。此外,在綜合現(xiàn)有算法優(yōu)點的基礎上,本文還提出了一種新的降低非對稱限幅光OFDM系統(tǒng)PAPR的聯(lián)合算法,通過仿真發(fā)現(xiàn)該聯(lián)合算法可以獲得近5dB的PAPR性能改善,很好地降低了非對稱限幅光OFDM系統(tǒng)的

5、PAPR。
　　 3、由于非對稱限幅光OFDM系統(tǒng)采用的是強度調制/直接檢測,因此它與無線OFDM系統(tǒng)不同,系統(tǒng)只需要符號同步而不需要頻率同步。根據非對稱限幅光OFDM符號的特點,本文提出了一種適合于非對稱限幅光OFDM系統(tǒng)的定時同步方法。與目前存在的定時同步方法相比,該定時同步方法的性能不依賴于訓練符號的選取,并且訓練符號可以隨機生成。并在各種信道環(huán)境下對訓練符號的自相關性進行了仿真研究,仿真結果表明該定時同步算法無論在向正確

6、定時點的收斂速度上還是定時估計方差上,都要優(yōu)于其它算法,并且在定時估計方差上可以得到近5dB的性能改善,大大提高了非對稱限幅光OFDM系統(tǒng)定時估計精度。
　　 4、LDPC碼是一種基于稀疏矩陣的線性分組碼,其性能可以比Turbo碼更逼近香農限。因此,本文將LDPC碼作為信道編碼應用到了大氣激光通信系統(tǒng)中,并提出了將LDPC碼和非對稱限幅光OFDM強度調制相結合的系統(tǒng)方案,并在大氣湍流信道中對該方案進行了仿真研究。仿真結果表明LD