自由空间光通信系统调制与解调技术的研究

发布时间：2017-09-19 07:08

  本文关键词：自由空间光通信系统调制与解调技术的研究

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【摘要】：自由空间光通信(FSO)又称大气光通信,自20世纪90年代以来已经成为光通信领域的一个研究热点。相比于传统的光纤通信,自由空间光通信最大的特点是使光信号脱离了光纤的束缚,可以应用在一些环境特殊的场合。总的来说,自由空间光通信的优点在于：信号频率极高,不易受周围电磁波的干扰；容量极大,可达到每秒千兆级单位的传输速度；独立的通信频带,不挤占现有信号的频带资源。但是,对于自由空间光通信系统,虽然有其独特的优势,但也有明显的缺陷：光信号暴露在大气信道中,极易受到大气活动的影响。大气信道的活动状态往往是随机的、不规律的,而由于大气信道的不规律活动,常常对通信系统的性能造成极大的损害,甚至通信中断。而采用新型的、适合于自由空间光通信系统的调制解调方式,可以在最大程度上降低大气信道活动对通信系统性能的影响,对整个FSO技术的推进和发展都有着积极的意义。 本文对自由空间光通信系统调制与解调技术展开研究,研究大气湍流活动对通信系统性能造成的影响,提出了几种新型的调制方法,并进行了理论分析和仿真研究。本文主要的研究工作及创新点如下 (1)针对相位随机扰动影响光信号的偏振态的问题,提出了一种新型的PolSK调制方法。该调制方法采用了两个AM调制器取代了传统PolSK调制的单一相位调制器,很好的避免了光信号相位变化对偏振态的巨大影响,并在理论分析和实验上证明了该系统的可行性； (2)针对传统的PolSK调制平均发射功率过高,而低平均发射功率的PPM调制抗湍流性能较差的问题,提出了一种新型的结合两种调制优势的调制方法：PPM-PolSK调制。该调制方式在极大的减少了发射端的平均发射功率的同时,提高了系统的抗湍流性能。论文在分析了该调制系统的性能后,在仿真平台上进行了仿真,同时验证了理论分析的结果。 (3)针对多进制偏振调制系统接收端过于复杂的问题,提出了一种在接收端无须使用斯托克斯参量接收机的新型4-PolSK调制系统,并在理论分析和仿真平台上验证了该系统的性能。对于多进制偏振位移键控技术,虽然能够极大的提升系统的传输效率,但接收端使用斯托克斯参量接收机,极大的增加了系统的复杂度和不稳定性。本文提出了一种新型的4-PolSK通信系统,最大的优点在于仅使用普通的无源光器件就可以解调4-PolSK调制,极大的简化了系统接收端的复杂度,同时仿真平台上的结果证明,该系统能够在弱湍流环境下实现稳定的传输。 (4)针对在无线通信下MIMO系统可以极大提升通信系统性能的特点,结合了MIMO系统与CPolSK调制技术,提出了一种新型的MIMO-CPolSK通信系统。在弱湍流信道下的对数高斯分布模型和中强湍流信道下的Gamma-Gamma模型下分析了MIMO-CPolSK系统的误码性能,并在MATLAB平台上进行了仿真。理论分析及仿真结果均表明,新型的MIMO-CPolSK系统能够很好的抵抗大气湍流对系统本身性能和可靠性的影响,是一种具有实现价值的调制技术。
【关键词】：自由空间光通信 大气湍流信道 调制技术 偏振位移键控
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 符号说明10-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 背景课题及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.3 论文主要工作和结构安排15-17
• 第二章 自由空间光通信信道的研究17-33
• 2.1 自由空间光通信信道的组成及特性17-18
• 2.2 自由空间光通信信道衰减效应18-23
• 2.2.1 大气吸收19
• 2.2.2 大气散射19-20
• 2.2.3 大气透过率及大气衰减20-23
• 2.3 大气湍流23-31
• 2.3.1 大气湍流的形成23-24
• 2.3.2 大气湍流的统计特性24-26
• 2.3.3 光强闪烁26-30
• 2.3.4 光束展宽30-31
• 2.3.5 光束漂移31
• 2.3.6 大气湍流效应对FSO系统性能的影响31
• 2.4 几何衰减31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 偏振位移键控调制技术在FSO中的应用33-61
• 3.1 偏振位移键控的调制原理33-40
• 3.1.1 偏振光的描述33-37
• 3.1.2 偏振位移键控调制的理论分析37-40
• 3.2 偏振位移键控调制的性能分析40-43
• 3.3 偏振位移键控调制仿真与实验43-49
• 3.3.1 偏振位移键控PolSK系统的仿真43-45
• 3.3.2 偏振位移键控PolSK试验系统的搭建45-49
• 3.4 PPM-PolSK调制系统的分析和仿真49-54
• 3.4.1 平均发射功率50
• 3.4.2 传输带宽50-51
• 3.4.3 传输容量51
• 3.4.4 误码性能分析51-53
• 3.4.5 PPM-PolSK系统的仿真53-54
• 3.5 高阶PolSK调制方式54-58
• 3.6 圆偏振位移键控58-60
• 3.7 本章小结60-61
• 第四章 MIMO系统在自由空间光通信系统中的应用61-72
• 4.1 MIMO-FSO的信道建模61-65
• 4.2 MIMO-CPolSK调制系统的性能分析及仿真65-71
• 4.3 本章小结71-72
• 第五章 总结和展望72-74
• 致谢74-75
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录75-76
• 参考文献76-78

【参考文献】

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本文编号：880214