车地无线通信系统的光学特性研究

发布时间：2017-03-26 06:05

  本文关键词：车地无线通信系统的光学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线光通信,是当代新兴起的一种前沿光通信技术,因其安装简便、通信频带宽、信息容量大、激光散射角小、光学增益大、抗干扰抗截获能力强、功耗低等优势,而具有广泛的应用前景。车地无线光通信是无线光通信技术在车地通信领域的新应用,也是当前车地通信技术的一个重要研究课题。但是,通信链路中客观存在的大气湍流会引起光强起伏(闪烁)、光束扩展与漂移、路径衰减等多种信号衰减因素,此外,收发机间的不对准(指向误差)也是导致通信链路信号传输误差的重要因素,这些因素都会对车地间光通信系统的性能造成一定程度的影响。所以,正确认识信号光在大气湍流信道中的传输机理意义重大。为了降低湍流对车地无线通信系统光学性能的影响,本文研究了湍流大气影响下的车地无线光通信系统的链路结构、链路光学性能等。文章首先重构了车地无线光通信系统结构,建立信号光在湍流信道中传输的接收功率的理论模型及平均信道容量模型,探究其光学性能(如链路余量、信噪比、误码率、信道容量),通过数值模拟分析,研究了通过数值分析,研究了湍流信道相关参数(如湍流结构参数、湍流起伏强度、湍流指数等)以及链路参数(操作距离、归一化光束束径、归一化抖动偏移以及平均信噪比等)对链路光学性能的影响。主要结论为：(1)在长列车的车地无线光通信链路中,考虑到大气湍流对链路的影响,模拟分析了发射机与列车轨道间的最佳水平距离、不同天气情况下的链路余量及信噪比。研究表明：在中到强闪烁起伏区域,大气湍流与指向误差是影响车地无线光通信链路的平均信道容量的两大主要因素。在其它参数给定情况下,单一地增大湍流结构参数、操作距离、归一化光束束径、归一化抖动偏移以及平均信噪比或减小湍流信道可见度、湍流指数,皆会降低车地链路的等效平均信道容量。但当操作距离超过100米时,这些因素的影响就开始降低。(2)采用分数维轨道角动量量子数进行信息编码是提高信道容量的有效方法之一。我们的研究指出：对于车地无线光通信链路,以分数维贝塞尔-高斯光束作为信号载体,接收到的信号概率和串音概率均为震荡曲线,但当分式指数为半整数时二者均为平滑曲线。在其他参数不变的条件下,减小光束束腰会同时减小信号光探测概率和串音概率。信号闪烁的增加会微弱地降低信号的探测概率,明显增加串音概率,但在中到强闪烁起伏区域内,增大闪烁起伏参数会使得串音概率峰向光束中心移动。在弱到中闪烁起伏区域,光源束腰越小,空间相干半径越大,车地无线光通信链路的信号光的归一化功率越大,而串音功率则越小。对于中到强闪烁起伏区域内,光源束腰对链路的归一化功率的影响较为复杂。
【关键词】：车地无线光通信 大气湍流信道 链路光学性能
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U285;TN929.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.3 论文的基本结构13-14
• 第二章 湍流对车地无线光通信系统的影响14-30
• 2.1 大气湍流理论基础14-17
• 2.2 折射率起伏的功率谱模型17-19
• 2.3 湍流理论中常用的研究方法19-21
• 2.3.1 弱到中湍流起伏区域的利托夫近似20-21
• 2.3.2 中到强湍流起伏区域的广义惠更斯-菲涅尔原理21
• 2.4 大气湍流效应对无线光通信系统的影响21-30
• 2.4.1 光强闪烁22-26
• 2.4.2 光束的扩展与漂移26-28
• 2.4.3 大气衰减28-29
• 2.4.4 指向误差29-30
• 第三章 车地无线光通信模型及其性能分析30-48
• 3.1 车地无线光通信的几何模型30-31
• 3.2 信号光的传输链路31-35
• 3.2.1 系统信号光的传输31-32
• 3.2.2 链路方程及链路预算32-33
• 3.2.3 车地无线光通信模型接收功率的数值模拟33-35
• 3.3 系统通信体制35-38
• 3.4 平均信道容量38-45
• 3.4.1 弱到中湍流闪烁起伏信道的平均信道容量39-40
• 3.4.2 中到强湍流闪烁起伏信道的平均信道容量40-45
• 3.5 本章小结45-48
• 第四章 探测概率与归一化功率48-62
• 4.1 在弱到中闪烁起伏区域48-55
• 4.2 在中到强闪烁起伏区域55-61
• 4.3 本章小结61-62
• 主要结论与展望62-63
• 主要结论62
• 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文69

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