基于指数韦伯湍流信道的无线光通信系统性能研究

发布时间：2020-08-20 12:52

【摘要】：无线光通信(WOC)又被称为自由空间光通信(FSO),由于其具有频率资源丰富、保密性好、抗电磁干扰能力强等优势,在国内外掀起了研究热潮。然而系统中用于传输信号的大气介质存在不稳定性,当激光束在其中传输时大气湍流会引起接收机平面上接收到的光强随机闪烁,从而导致FSO通信系统的性能严重恶化。此外系统中收发机安装的位置很可能会因为轻微地震、建筑物热膨胀等原因出现随机抖动,以致收发天线之间出现瞄准误差(PE)现象,这同样会严重限制系统性能。因此探究如何提高FSO系统的通信性能和发挥FSO优势的实际应用场景具有十分重要的意义和价值。近年来孔径平均效应、中继辅助、部分相干光传输(PCB)相继被提出用以缓解大气湍流和瞄准误差对系统性能的影响,本论文考虑到PE的影响,基于指数韦伯(EW)大气湍流模型,首先研究了采用双跳中继结构的混合射频/自由空间光通信系统(RF/FSO)的传输特性,随后又探究了采用PCB传输技术的FSO系统的容量性能。具体工作如下:1.论文基于双跳中继结构探究了RF/FSO系统的传输性能。首先推导出在Nakagami-m衰落信道下RF链路和在EW衰落信道下FSO链路各自的误码率理论表达式,此时系统采用二进制相移键控(BPSK)调制,其中FSO链路分为不考虑PE、考虑零轴偏移PE和非零轴偏移PE三种情况。然后再根据BPSK调制的性质和概率论的相关知识首次推导出在PE影响下的RF/FSO系统端对端误码率表达式。接着使用使用蒙特卡洛仿真方法验证理论模型和误码率闭合解结果的正确性。最后详细分析了系统性能在RF信道参数、湍流强度、瞄准误差及接收孔径大小变化时的改变,从而得到了系统误码率与RF及FSO链路误码率性能的关系。2.论文基于EW衰落模型、瞄准误差模型和大气衰落模型,研究了使用PCB传输技术的FSO系统的信道容量性能。首先利用联合信道模型和信道容量有关概念推导出系统在接收端已知和未知信道状态信息两种情况下的平均信道容量表达。然后,通过蒙特卡洛积分法对两种情况下的信道容量进行了理论计算。最后分析和对比了采用孔径平均技术的PCB通信系统在不同天气、不同传输距离、不同湍流强度、不同PE强度时平均信道容量的变化。论文所做工作为FSO通信的性能研究和系统设计提供了一定参考。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1
【图文】：

不同波束在接收端的辐照度仿真

态下大气散射和吸收导致的波束消失才是影响性能的主要影响因素，而孔径平均效应仅能有效缓解闪烁和 PE 对光束在造成的影响，因此 SNR 的增益比较低。图4.4 轻雾天气下采用 PCB 传输的 FSO 系统的 ACC 性能曲线

径大小的增加，接收端的集成功率0A 增加导致 PE 影响减弱，同时 S降。通过图还可以观察到，D=200mm 和 D=400mm 时系统的 ACC 曲是由于孔径平均效应对于系统性能的改善并非线性增长，因此在系统考虑如何通过加大接收孔径减弱 AT、PE，还要考虑系统搭建的的大小

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本文编号：2797997