MIMO无线光通信逆高斯分布模型研究

发布时间：2017-04-04 09:06

  本文关键词：MIMO无线光通信逆高斯分布模型研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,由于高保密性和低成本等诸多优点,无线光通信受到了大量学者的广泛关注,也成为通信领域的一个研究热点。因无线光通信是依靠光波作为载体直接穿过大气来传递声音、图像等信息,所以无线光通信也通常被称之为自由空间光通信。无线光通信具有频带宽、安全性高、成本低、速度快等优点,但是也有很多缺陷限制其被广泛地应用,比如在信息传输过程中系统稳定性和可靠性极易受到雨、雪、雾霾等各种恶劣天气以及路径上的大气湍流的影响。由于大气湍流的存在,光束在传输路径中出现路径消光、光束闪烁,波束扩展以及指向偏差等不利于通信系统稳定性的一系列现象也会经常性的发生。因此,能够找到一个准确的模型来模拟无线光通信系统通信过程中信号的传输特性对于建立一个有效、灵敏以及低廉的无线光通信系统是具有重要的指导意义和参考价值。本文主要研究大气湍流对无线光通信系统的截断概率、误码率以及平均信道容量的影响规律。最后,论文得出以下三个方面的成果：(1)在降雾霾天气、采用准直高斯—谢尔束信号源、多输入多输收发结构和系统存在指向误差(由接收器／发射器基座轻微晃动造成)的条件下,采用信号起伏的逆高斯分布模型替代对数正态分布模型建立了适用于弱信号起伏通信光路的接收信号的概率密度函数模型。(2)在等效增益拟合近似下,得出了多输入多输出无线光通信系统的平均误码率、截断概率以及平均信道容量的理论模型。(3)数值研究了传输距离、光源相干度、接收／发射孔径数量等参数对所研究的无线光通信系统性能的影响,并得出结论如下：湍流引起的信号光束的整体漂移是产生信号起伏的主要因素之一,所以其也是造成系统平均误码率与中断概率增加和平均信道容量减小的关键因素之一。在设计无线光通信系统的过程中,光源的相干性选择也很关键,采用部分相干信号源是降低系统中断率和误码率的有效方法之一。但是在多输入与多输出时,信号源相干度太小会导致接收器接收到的信号强度太弱,当信号强度达不到截断阀值,同样会导致系统链路发生中断、误码率增大以及信道容量降低。接收／发射孔径越多其光源相干度对系统性能的影响越大。因此,在设计系统性能的时候应该根据系统结构选择一个最优化的部分相干信号源来提高系统性能。采用等效增益拟合的多输入多输出的无线光通信系统,大的波束宽度,是有效降低系统的截断概率提高系统性能的另一有效方法。在设计无线光通信系统时,参照本论文中得到的研究成果可有效提高设计效率以及系统性能。
【关键词】：大气湍流 逆高斯分布 指向误差 雨消光 多输入多输出
【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】：TN929.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究背景、意义和目的8-9
• 1.2 无线光通信过内外研究现状以及趋势9-13
• 1.3 论文基本结构13-15
• 第二章 无线光通信理论基础15-31
• 2.1 大气湍流基础15-20
• 2.1.1 大气折射率起伏16-19
• 2.1.2 折射率起伏的功率谱模型19-20
• 2.2 光束在大气中的传播理论20-25
• 2.2.1 光波模型20-21
• 2.2.2 光强起伏21-22
• 2.2.3 波束漂移22-23
• 2.2.4 湍流大气中常见的光强分布模型23-25
• 2.2.5 高斯波束参数25
• 2.3 大气对光波的吸收与散射25-26
• 2.4 近似方法26-31
• 2.4.1 近轴近似26-27
• 2.4.2 Born近似27-29
• 2.4.3 Rytov近似29-31
• 第三章 无线光通信系统雨湍流模型31-35
• 3.1 路径消光/雨消光32-33
• 3.2 指向误差33-35
• 第四章 逆高斯湍流模型下MIMO无线光通信系统性能分析35-44
• 4.1 OWC系统截断概率35-38
• 4.1.1 MIMO OWC系统截断概率理论35
• 4.1.2 截断概率数值计算和分析35-38
• 4.2 OWC系统信道平均误码率38-40
• 4.2.1 平均误码率理论分析38-39
• 4.2.2 平均误码率数值计算与分析39-40
• 4.3 MIMIO OWC系统平均信道容量40-44
• 4.3.1 平均信道容量理论分析40-41
• 4.3.2 平均信道容量数值结果与分析41-44
• 主要结论与展望44-45
• 主要结论44
• 展望44-45
• 致谢45-46
• 参考文献46-49
• 附录1：一个积分的级数表示49-50
• 附录2：作者在攻读硕士学位期间发表的论文50

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