大氣激光通信中的信道估計(jì)與均衡.pdf

1、大氣激光通信技術(shù)具有容量大、頻帶寬、功耗小、保密性好以及架設(shè)靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是解決“最后一公里”問(wèn)題的有效手段。然而，激光信號(hào)在大氣信道中傳輸時(shí)會(huì)受到大氣分子與懸浮粒子的吸收與散射作用，致使接收光脈沖發(fā)生脈沖時(shí)延與展寬現(xiàn)象。尤其是在沙塵、降雪、濃霧等惡劣天氣下將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間串?dāng)_，這將對(duì)激光通信的可靠性造成不良影響。當(dāng)前，信道條件的不理想已成為制約大氣激光通信發(fā)展與應(yīng)用的主要障礙，研究大氣激光通信系統(tǒng)的信道估計(jì)與均衡技術(shù)具有重要

2、意義。本文的主要工作如下：
　　1.分析了大氣吸收與散射以及大氣湍流效應(yīng)對(duì)光信號(hào)的影響，以沙塵粒子為例，重點(diǎn)研究了大氣粒子吸收與散射對(duì)光脈沖造成的時(shí)延與展寬。在此基礎(chǔ)上建立了大氣激光通信系統(tǒng)離散時(shí)間信道模型。
　　2.研究了基于時(shí)分復(fù)用（TDM）訓(xùn)練序列信道估計(jì)方案，比較了其在最小二乘（LS）準(zhǔn)則及最小均方誤差（MMSE）準(zhǔn)則下的估計(jì)性能，同時(shí)分析了訓(xùn)練序列長(zhǎng)度對(duì)估計(jì)精度的影響。結(jié)果表明：MMSE信道估計(jì)算法相較于LS信道估

3、計(jì)算法具有更好的估計(jì)性能，但該算法需要利用信道協(xié)方差矩陣等先驗(yàn)信息，在實(shí)際的無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)中使用受限。另外在其他條件不變的條件下，發(fā)送的訓(xùn)練序列長(zhǎng)度越長(zhǎng)估計(jì)越準(zhǔn)確。
　　3.TDM信道估計(jì)方案需要單獨(dú)發(fā)送訓(xùn)練序列，降低了系統(tǒng)的頻帶利用率。針對(duì)該問(wèn)題，本課題研究了適用于無(wú)線(xiàn)光通信的疊加訓(xùn)練序列信道估計(jì)方案。發(fā)送端將周期訓(xùn)練序列代數(shù)疊加到信息序列上一塊發(fā)送，接收端只需利用對(duì)應(yīng)的一階統(tǒng)計(jì)信息即可完成信道估計(jì)。推導(dǎo)了該方案的估計(jì)均方誤差，

4、研究了相關(guān)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明：在無(wú)需占用額外帶寬的情況下，疊加訓(xùn)練序列信道估計(jì)方法可取得與TDM信道估計(jì)相近的性能；疊加訓(xùn)練序列長(zhǎng)度越長(zhǎng)，估計(jì)越準(zhǔn)確；功率分配因子對(duì)方案性能影響較大，實(shí)際系統(tǒng)中可取為0.2。
　　4.為了實(shí)現(xiàn)信道補(bǔ)償，本課題進(jìn)一步研究了基于信道與噪聲估計(jì)的頻域均衡方法。利用信道估計(jì)結(jié)果結(jié)合噪聲方差估計(jì)，在頻域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了信道補(bǔ)償。與時(shí)域均衡相比，所提方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且算法復(fù)雜度低。結(jié)合仿真比較了頻域迫零（Z