基于光子計(jì)數(shù)的FSO通信技術(shù)研究.pdf

1、近些年來(lái)，通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，給人們的生活帶來(lái)了極大的便利，大大提高了現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)效率。然而，人們對(duì)于數(shù)據(jù)通信的速率、穩(wěn)定性以及安全性的要求也越來(lái)越高，尤其是對(duì)于無(wú)線接入技術(shù)的需求越來(lái)越大。
　　光纖作為傳統(tǒng)的有線光通信接入方式，憑借其非常高的傳輸速率，已經(jīng)在骨干網(wǎng)的搭建方面得到廣泛的應(yīng)用。但是，光纖較高的成本使得其在普及方面面臨著一系列的問(wèn)題。雖然還有很多無(wú)線接入方式，但是無(wú)線頻譜資源的有限性同樣限制著其廣泛應(yīng)用。所以，在

2、“最后一英里”接入方面，一直存在著很多問(wèn)題。而自由空間光通信（Free Space Optical，F(xiàn)SO）技術(shù)由于頻帶使用無(wú)需申請(qǐng)、保密性好、架設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)，正在得到人們的關(guān)注，是一種靈活有效的接入解決方案。光子計(jì)數(shù)技術(shù)則是FSO系統(tǒng)中的光電檢測(cè)技術(shù)，能夠在遠(yuǎn)距離低光照的條件保持良好的性能，有效降低發(fā)射機(jī)發(fā)射功率。
　　在無(wú)線接入方面，由于信道的開(kāi)放性和多用戶干擾(Multi-User Interference，MUI)的影響，

3、無(wú)線多址接入方案的設(shè)計(jì)成為了研究的重點(diǎn)。第一代無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采用的是頻分多址（Frequency-Division Multiple-Access，F(xiàn)DMA）技術(shù)，第二代移動(dòng)通信則采用的是時(shí)分多址(Time-Division Multiple-Access，TDMA)，他們分別對(duì)信道在頻率和時(shí)間維度上進(jìn)行劃分以區(qū)別多用戶。在第三代(3rd-Generation，3G)移動(dòng)通信中，碼分多址(Code-Division Multiple-Ac

4、cess，CDMA)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。但是其性能也一直受多用戶干擾和符號(hào)間干擾（Inter-Symbol Interference，ISI）的影響。交織多址(Interleave-DivisionMultiple-Access，IDMA)技術(shù)則是利用不同的交織器來(lái)區(qū)分多用戶，在保持了CDMA眾多優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提高了頻譜資源的利用效率，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。
　　本文將主要研究自由空間光通信中基于光子計(jì)數(shù)的無(wú)線傳輸技術(shù)，其中無(wú)線接

5、入采用光交織多址（Optical Interleaver-Division Multiple-Access，OIDMA）技術(shù)。首先，針對(duì)FSO OIDMA技術(shù)提出了基于外信息轉(zhuǎn)移（EXtrinsic InformationTransfer，EXIT）圖的系統(tǒng)分析工具。該工具與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真相比，能夠在對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和分析的同時(shí)，極大的節(jié)省了時(shí)間和計(jì)算資源，具有重要的指導(dǎo)意義。其次，采用準(zhǔn)確的泊松光子計(jì)數(shù)模型，解決了弱光照條件下

6、的基于泊松光子計(jì)數(shù)進(jìn)行迭代檢測(cè)的難題。在考慮了散彈噪聲、背景散射和湍流衰落基礎(chǔ)上，提出基于大氣泊松信道的迭代并行干擾消除(Iterative ParallelInterference Cancellation，Iter-PIC)接收機(jī)，推導(dǎo)接收機(jī)的迭代檢測(cè)算法，同時(shí)討論了Turbo信道編碼技術(shù)的應(yīng)用及其良好的糾錯(cuò)能力。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的光碼分多址（Optical Code-Division Multiple-Access，OCDMA

7、）接收機(jī)相比，Iter-PIC接收機(jī)能夠很好地消除多用戶干擾MUI，降低誤碼率(Bit Error Rate，BER)，突破OCDMA接收機(jī)的最優(yōu)性能，同時(shí)顯著的提高了帶寬效率，極大的降低了接收機(jī)的復(fù)雜度。最后，研究了自由空間光通信中的多脈沖位置調(diào)制（Multi-Pulse Position Modulation，MPPM）技術(shù)，提出并推導(dǎo)相應(yīng)的迭代檢測(cè)算法，討論不同的映射圖對(duì)檢測(cè)性能的影響，并給出映射圖的設(shè)計(jì)規(guī)則。仿真結(jié)果表明，在選取