晴空大氣湍流對自由空間光通信影響及校正研究.pdf

1、隨著信息技術的發(fā)展，基于微波的傳統(tǒng)通信系統(tǒng)已經無法滿足數據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、設備體積小、重量輕和無需頻率使用許可等優(yōu)點，因此已經成為無線通信技術領域的研究熱點之一。當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等一系列影響，導致通信系統(tǒng)性能降低。目前大氣影響已經成為制約自由空間光通信進一步發(fā)展的瓶頸。
　　 本文針對自由空間光通信應用，主要研究了

2、大氣對激光傳輸的影響機理及校正技術。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的影響機理和形式。介紹了大氣的各種物理性質和云、霧等大氣現象，分析了大氣吸收和散射引起的衰減效應。闡述了大氣湍流的物理模型和統(tǒng)計特性，根據大氣激光傳輸的基本理論，系統(tǒng)研究了光強閃爍、光束擴展、光束漂移、到達角起伏和焦平面光斑彌散等影響通信性能的湍流效應。
　　 (2)針對大氣信道中的強度調制/直接檢測自

3、由空間光通信系統(tǒng)，改進了誤碼率計算模型。根據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、光束擴展和光強閃爍的影響，適用于弱起伏條件下;光電探測模塊是根據強度調制/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模型。
　　 (3)設計并實現了一套自由空間光通信模

4、擬實驗系統(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、誤碼率和光強概率分布等實驗結果。通過對實驗數據的處理，分析了散粒噪聲對于閃爍指數測量的影響，提出了在低信噪比條件下仍有效的改進測量方法;將實驗參數代入誤碼率經典模型和改進模型，比較了兩種模型計算結果的準確度;分析了背景噪聲和光強起伏對系統(tǒng)誤碼率的影響;將基于極大似然擬合分布和對數正態(tài)分布兩種模型得到的誤碼率計算值與實測值進行了比較。
　　 (4)基于誤碼率改進

5、模型，提出了一種根據信號光強和湍流強度等緩變統(tǒng)計量的最優(yōu)閾值，實現了大氣湍流影響校正。通過仿真計算和實驗測量研究了最優(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式。研究結果顯示，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