晴空大氣湍流對自由空間光通信影響及校正研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，基于微波的傳統(tǒng)通信系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足數(shù)據(jù)傳輸性能和安全性能的要求。自由空間光通信具有通信容量大、保密性好、抗電磁干擾、功耗低、設(shè)備體積小、重量輕和無需頻率使用許可等優(yōu)點(diǎn)，因此已經(jīng)成為無線通信技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。當(dāng)作為信息載體的激光束在大氣中傳輸時，會受到大氣衰減和湍流效應(yīng)等一系列影響，導(dǎo)致通信系統(tǒng)性能降低。目前大氣影響已經(jīng)成為制約自由空間光通信進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。
　　 本文針對自由空間光通信應(yīng)用，主要研究了

2、大氣對激光傳輸?shù)挠绊憴C(jī)理及校正技術(shù)。全文可以分為以下幾個部分:
　　 (1)從理論上研究了大氣對自由空間光通信中激光傳輸?shù)挠绊憴C(jī)理和形式。介紹了大氣的各種物理性質(zhì)和云、霧等大氣現(xiàn)象，分析了大氣吸收和散射引起的衰減效應(yīng)。闡述了大氣湍流的物理模型和統(tǒng)計特性，根據(jù)大氣激光傳輸?shù)幕纠碚?，系統(tǒng)研究了光強(qiáng)閃爍、光束擴(kuò)展、光束漂移、到達(dá)角起伏和焦平面光斑彌散等影響通信性能的湍流效應(yīng)。
　　 (2)針對大氣信道中的強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測自

3、由空間光通信系統(tǒng)，改進(jìn)了誤碼率計算模型。根據(jù)自由空間光通信系統(tǒng)的基本組成和工作原理，將誤碼率計算模型分為大氣傳輸、光電探測和閾值判決三個模塊。大氣傳輸模塊考慮了大氣衰減、光束擴(kuò)展和光強(qiáng)閃爍的影響，適用于弱起伏條件下;光電探測模塊是根據(jù)強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測系統(tǒng)中雪崩二極管探測器的輸出特性而建立;結(jié)合大氣傳輸和光電探測模塊，并將乘性噪聲的影響添加到閾值判決模塊，提出了誤碼率計算的改進(jìn)模型。
　　 (3)設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一套自由空間光通信模

4、擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并給出了在距離為1Km鏈路上不同大氣條件下得到的閃爍指數(shù)、誤碼率和光強(qiáng)概率分布等實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，分析了散粒噪聲對于閃爍指數(shù)測量的影響，提出了在低信噪比條件下仍有效的改進(jìn)測量方法;將實(shí)驗(yàn)參數(shù)代入誤碼率經(jīng)典模型和改進(jìn)模型，比較了兩種模型計算結(jié)果的準(zhǔn)確度;分析了背景噪聲和光強(qiáng)起伏對系統(tǒng)誤碼率的影響;將基于極大似然擬合分布和對數(shù)正態(tài)分布兩種模型得到的誤碼率計算值與實(shí)測值進(jìn)行了比較。
　　 (4)基于誤碼率改進(jìn)

5、模型，提出了一種根據(jù)信號光強(qiáng)和湍流強(qiáng)度等緩變統(tǒng)計量的最優(yōu)閾值，實(shí)現(xiàn)了大氣湍流影響校正。通過仿真計算和實(shí)驗(yàn)測量研究了最優(yōu)閾值的各種特性，并使用非線性回歸得到最優(yōu)閾值的近似解析表達(dá)式。研究結(jié)果顯示，使用這種閾值優(yōu)化方法可以降低系統(tǒng)誤碼率，雖然相比理論最小值還有一定差距，但是對于弱起伏條件下的常規(guī)自由空間光通信系統(tǒng)是可以接受的。如果可以使信號光強(qiáng)保持穩(wěn)定，那么最優(yōu)閾值的波動可以忽略。
　　 (5)分析了gamma-gamma分布在仿真