自由空間光通信中圓偏振調(diào)制及多級調(diào)制的研究.pdf

1、相比于傳統(tǒng)的射頻通信和光纖通信，自由空間光通信(FSO)因為傳輸速率高、可用頻帶寬、低功率損耗以及保密性好等優(yōu)點引起了學術(shù)界廣泛深入地關(guān)注。然而，在自由空間光通信領(lǐng)域，其傳輸信道為大氣信道，大氣溫度和壓力的改變所導致的大氣折射率的隨機改變會引起光束漂移和光強閃爍等大氣湍流效應(yīng)，具體表現(xiàn)為光信號的強度起伏和相位噪聲，從而嚴重地劣化光束的傳輸質(zhì)量，導致FSO系統(tǒng)的誤碼性能降低、通信中斷概率升高和信道傳輸容量的減小。這種FSO系統(tǒng)接收性能的下

2、降會較嚴重地影響通信系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性，從而較大程度地限制FSO關(guān)鍵技術(shù)的進一步發(fā)展與應(yīng)用。
　　分析大氣湍流對FSO系統(tǒng)接收性能的影響和從提高傳輸光束質(zhì)量的角度來提高光信號的接收總功率是提高FSO系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵因素。光的偏振態(tài)在FSO鏈路中傳輸時受大氣的擾動較小；圓偏振態(tài)具有旋轉(zhuǎn)對稱的特性，在相對運動的平臺中使用時無需發(fā)射端和接收端偏振坐標系的對正；且具有圓偏振態(tài)的光束的光強在大氣信道中經(jīng)粒子散射后的分布會更均勻

3、。這些優(yōu)點使得圓偏振調(diào)制技術(shù)在FSO通信領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。因此，本文基于光的圓偏振特性提出了一種圓偏振調(diào)制（CPolSK）系統(tǒng)的具體理論模型。在此基礎(chǔ)上，重點對光束準直整形系統(tǒng)、發(fā)射端調(diào)制系統(tǒng)以及接收端解調(diào)系統(tǒng)幾大功能模塊進行了解析，并從提高通信容量的角度，對結(jié)合CPolSK技術(shù)的多級調(diào)制技術(shù)進行了研究。研究的具體內(nèi)容如下：
　　首先，論述了大氣湍流對光通信鏈路的影響，分析了圓偏振調(diào)制的技術(shù)優(yōu)勢和調(diào)制解調(diào)思想，提出了一種CP

4、olSK調(diào)制的FSO系統(tǒng)模型。從提高傳輸光束質(zhì)量的角度，提出一種前端直接耦合光纖平凸透鏡的聚合物直光錐光束準直系統(tǒng)，通過光線傳輸理論和仿真實驗具體地對直光錐的端體結(jié)構(gòu)參數(shù)錐角、錐長等進行了優(yōu)化設(shè)計。并在考慮由系統(tǒng)設(shè)計導致的圓偏振控制誤差和大氣湍流引起的光強起伏和相位噪聲的基礎(chǔ)上，提出一種CPolSK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)的具體實現(xiàn)方案。
　　其次，采用和實測數(shù)據(jù)比較一致的Gamma-Gamma大氣湍流信道模型，在考慮圓偏振控制誤差和大氣湍流

5、影響的基礎(chǔ)上，針對弱、中、強三種不同大氣湍流下CPolSK系統(tǒng)的誤碼性能、通信中斷性能和平均信道傳輸容量等接收性能進行了深入的研究。推導出了CPolSK系統(tǒng)的比特誤碼率（BER）、中斷概率（Pout）和平均信道容量（）的閉合表達式。較全面地仿真分析了弱、中、強各種湍流條件下由系統(tǒng)設(shè)計導致的圓偏振控制誤差以及由大氣湍流所引起的光強起伏和相位噪聲對CPolSK調(diào)制系統(tǒng)主要接收性能影響。
　　最后，從提高即時信息傳輸容量的角度，提