自由空间光通信相干OFDM中继系统及中继位置研究

发布时间：2020-07-17 14:03

【摘要】：自由空间光(Free-space Optical,FSO)通信是指使用激光器作为发射源,大气作为传输介质的光通信。FSO具有大带宽、无需频谱许可证、高传输率等优点,近些年来受到普遍关注。然而因为大气信道和通信环境的特殊性,大气衰减、瞄准误差等因素对信号传输过程中的衰减限制了 FSO系统的通信距离并恶化了通信性能。尤其是在远程通信中,大气湍流会造成光强起伏,这将导致通信中断,其严重影响了 FSO的广泛使用。为了解决这个问题,近几年中继辅助传输技术的发展日益火热起来,而随着中继节点设置在不同位置,系统的中断性能也会发生变化。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)具备抗频率选择性衰落、有效对抗信号波形间的干扰和较高频带利用率等优势适用于衰落信道中的高速数据传输,逐渐开始应用在FSO通信领域中。OFDM相干探测方式因具有接收灵敏度高、偏振膜色散能力强等优点,成为目前性能较好的探测方式。因此,中继技术和相干OFDM探测技术成为提高FSO系统通信性能的研究重点。本文主要研究了相干OFDM串行中继系统与并行中继系统的通信性能,在此基础上分析了中继节点位置对FSO系统中断性能优化的影响。并针对接收端相干探测过程中本振光和信号光的频率稳定度的问题进行结构设计。具体研究内容如下:1.对于中强大气湍流环境和远距离传输情况中,提出了 Gamma-Gamma分布大气信道模型下的相干OFDM串行中继系统理论模型,对FSO通信串行解码转发(DF)中继系统的中继位置进行了研究。考虑大气衰减、大气光强闪烁和瞄准误差对FSO通信中继系统性能的影响,建立了 FSO通信系统联合信道衰减模型。基于此信道模型,用MeijerG函数推导了 FSO相干OFDM串行DF中继系统端到端的中断概率闭合表达式。仿真分析了中和强两种大气湍流下不同中继位置的串行解码转发中继系统。中继节点位置的优化可以有效地提高FSO通信串行中继系统的性能。此部分研究为中强大气湍流环境需要远距离通信的实际情况下提供了一种可行性方法,并优化了系统的中断性能。2.对通信性能要求较高且传输距离适中的情况下,提出了 Gamma-Gamma分布大气信道模型下的相干OFDM并行中继系统理论模型,同样推导出此系统在联合衰减模型下中断概率的MeijerG闭合表达式。在中强大气湍流环境下对并行DF中继系统进行建模仿真,从中得出并行链路数、湍流强度和中继节点位置等因素对中断概率的影响。此系统模型可以有效提高FSO系统的中断性能,为相干OFDM-FSO参数选择、系统设计提供了理论依据。3.提出了一种FSO通信可调谐光OFDM相干探测装置,并给出了其具体实现方案。此装置解决了系统接收端相干探测中本振光和信号光频率稳定度在较高数量级的问题。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1
【图文】：

框图,中继系统,中断概率,门限值

Ｍ逦１＇如逦Ｆ逡逑图４．７中继相干ＯＦＤＭ系统发射端结构框图逡逑如图４．７所示，在系统的发射端２；中，由低通滤波器ＬＰＦ除去ＯＦＤＭ信号逡逑中的高频噪声，然后将ＯＦＤＭ信号送往混频器中进行频谱搬移，即与外加高频逡逑信号ＬＣｈ相乘，将ＯＦＤＭ信号上变频到中频上。变频后的信号由ＢＰＦ去除逡逑高频和低频分量的噪声。因为ＯＦＤＭ信号是双极性的，必须加入一个较大的直逡逑流偏量在ＯＦＤＭ信号上，这样可以把负值部分的ＯＦＤＭ信号转化为正值，就逡逑可以确保调制信号为一个单极性信号。最后由马赫－曾德尔调制器（ＭＺＭ）对激光逡逑器进行光强度调制，调制到光载波上，实际上ＭＺＭ调制的是ＯＦＤＭ信号的实逡逑部。调制后光信号由ＴＡ发射到大气信道中。逡逑３２逡逑

示意图,中继数,湍流,中继系统

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