大气激光通信中的分层光空间调制
发布时间：2021-07-06 15:26
随着用户终端的迅速增长和各种业务数据量的急剧增大,人们对无线光通信系统的容量和传输速率提出了更高的要求。多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）技术通过使用多个发射机同时向接收器发送数据提高了系统的容量和可靠性,但同时也存在信道间干扰强、子信道间同步要求高等问题。空间调制（Spatial Modulation,SM）作为MIMO传输技术的一种,将二维映射扩展到三维映射,它不仅利用传统的调制符号携带信息,而且还利用激光器的索引号传输部分信息。因此已成为目前大规模MIMO技术研究的热点之一,并逐步受业界所青睐。有别于射频领域,目前的无线光通信系统大多采用强度调制/直接检测方式,这就使得原有射频领域中有关空间调制的理论和方法无法直接使用。因此,本文将分层的思想引入到光空间调制中,通过构建分层光空间调制方案来实现频谱效率的提升,并结合大气信道分析了所提方案的性能。具体如下:（1）分层技术的使用,可有效提高通信系统的频谱效率。本文将分层技术引入到SM中,通过同时激活两个分别采用脉冲位置调制（Pulse Position Modulation,PPM）...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
折射率起伏功率谱模型分布曲线
工程硕士学位论文15图2.2光强起伏的对数正态分布模型2.2.3.2Gamma-Gamma湍流模型与Log-normal模型相比，Gamma-Gamma模型的应用范围更为广泛，它不仅适用于弱湍流条件，也适用于中强湍流条件。Gamma-Gamma模型认为湍流中存在大尺度和小尺度两种不同尺度的涡旋，大尺度涡流主要对光束产生折射作用，小尺度涡旋则主要对光束产生衍射作用。建模时通常用一个乘积表征光强：xyIII，其中Ix和Iy分别与大尺度和小尺度的波动有关系，且Ix和Iy均服从Gamma分布，可以表示为1()()exp()0;0()xXxxxIPIII（2.35）1()()exp()0;0()yYyyyIPIII（2.36）将yxIII带入Iy的概率密度分布函数中，可以得出条件分布函数为xexp,0YxxxIIPIIIIII（2.37）根据全概率公式，対上式积分可以得到光强分布函数0/2/21()(/)()22,0YxXxxPIPIIPIdIIKII（2.38）式（2.38）即为Gamma-Gamma概率分布函数，K为第二类n阶修正贝塞尔函数，)(为Gamma函数，和分别表示大尺度散射系数和小尺度散射系数。实际中，和与波束模型有光，有学者给出了如下的经验公式[2]127/6212/50.49exp110.180.56lmld（2.39）15621255/62212/50.1510.69exp110.90.62lmmldd（2.40）
大气激光通信中的分层光空间调制16其中，10511mmdDz，mD为接收机孔径直径，为波长，单位是m，D表示激光光束传输距离，单位为km。22761160.5lnmCkD，其中6210mk，2nC是折射率结构常数。又因为2I1111，222III，I1，可得到双Gamma分布下的总的闪烁指数为2111I（2.41）图2.3光强起伏的Gamma-Gamma分布模型图2.3是Gamma-Gamma分布模型下的光强起伏曲线图。从图中可以看出，该模型能更准确地表示弱、中等到强湍流下的光强起伏统计性能，因此，与Log-normal分布模型相比，Gamma-Gamma分布模型的适用范围更广泛，但该模型数学表达式较为复杂，限制了其在理论推导中的应用。2.2.3.3负指数分布湍流模型负指数分布模型适用于强湍流及以上（饱和流态）。大量的实验数据表明，在湍流的饱和区，独立散射数变大，此时光场振幅起伏通常服从瑞利分布，光强服从负指数分布，这种饱和区也被称为完全发展的散斑区。光强的概率密度函数为0001()exp0IPIIII（2.42）式（2.42）中，E[I]=I0为平均光强。对光强归一化，则负指数分布的概率密度函数化简为PIexpI,I0（2.43）当光强起伏达到饱和状态时，负指数分布下的大气信道的闪烁指数趋于1。图2.4是负指数分布下的概率密度函数曲线。图中平均光强I0分别取了0.5，1和1.5。由图2.4可以看出，在负指数分布模型中，随着光强I的增加，其概率密度函数逐渐趋于0；另外，平均光强越大，曲线下降的越来越平坦。
【参考文献】：
期刊论文
[1]湍流信道下光空间调制信号的压缩感知检测[J]. 王惠琴,宋梨花,曹明华,王道斌. 光学精密工程. 2018(11)
[2]采用幅度相移键控调制的分层空间调制算法[J]. 李云风,王磊,王志成. 西安交通大学学报. 2018(08)
[3]空间光通信中基于多输入多输出的级联码方案研究[J]. 曹阳,张勋,彭小峰,任发韬. 光学学报. 2018(01)
[4]空间调制无线光多输入多输出通信系统中自适应功率分配算法[J]. 黄爱萍,陶林伟. 中国激光. 2017(10)
[5]相关信道中光多输入多输出系统的误码率[J]. 王惠琴,王雪,曹明华. 光学精密工程. 2016(09)
[6]基于二进制二次规划全局最优性条件的GSSK系统的检测算法[J]. 张新贺,吴金隆,门宏志,金明录. 系统工程与电子技术. 2015(07)
[7]空间调制技术及发展[J]. 郭鹏程,关胜勇,许拔. 通信技术. 2014(04)
[8]大气光通信中大孔径接收性能分析与孔径尺寸选择[J]. 陈纯毅,杨华民,姜会林,佟首峰,范静涛,韩成. 中国激光. 2009(11)
[9]空间光通信APT系统中大气信道对激光信号传输影响的分析和研究[J]. 张文涛,朱保华,李贤,胡渝. 激光杂志. 2004(01)
博士论文
[1]基于空间调制的大规模MIMO传输技术研究[D]. 肖丽霞.电子科技大学 2017
[2]可见光通信系统容量分析与星座设计[D]. 王金元.东南大学 2015
[3]广义多天线系统中的空间调制技术研究[D]. 马宁.天津大学 2014
硕士论文
[1]湍流环境下自由光通信系统性能研究[D]. 张敏.中北大学 2018
[2]大气光通信中的自适应调制方案研究[D]. 牛泽群.北京邮电大学 2017
[3]未来5G通信系统中的空间调制技术研究[D]. 岳宗笛.电子科技大学 2016
[4]基于MIMO的可见光通信的研究[D]. 呼树同.北京交通大学 2016
[5]可见光通信中的空间编码调制技术研究[D]. 邱朗.东南大学 2016
[6]可见光通信中的PPM编码调制技术[D]. 刘晶.东南大学 2016
[7]压缩感知中的信号重构算法研究[D]. 马庆涛.南京邮电大学 2013
本文编号：3268493
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
折射率起伏功率谱模型分布曲线
工程硕士学位论文15图2.2光强起伏的对数正态分布模型2.2.3.2Gamma-Gamma湍流模型与Log-normal模型相比，Gamma-Gamma模型的应用范围更为广泛，它不仅适用于弱湍流条件，也适用于中强湍流条件。Gamma-Gamma模型认为湍流中存在大尺度和小尺度两种不同尺度的涡旋，大尺度涡流主要对光束产生折射作用，小尺度涡旋则主要对光束产生衍射作用。建模时通常用一个乘积表征光强：xyIII，其中Ix和Iy分别与大尺度和小尺度的波动有关系，且Ix和Iy均服从Gamma分布，可以表示为1()()exp()0;0()xXxxxIPIII（2.35）1()()exp()0;0()yYyyyIPIII（2.36）将yxIII带入Iy的概率密度分布函数中，可以得出条件分布函数为xexp,0YxxxIIPIIIIII（2.37）根据全概率公式，対上式积分可以得到光强分布函数0/2/21()(/)()22,0YxXxxPIPIIPIdIIKII（2.38）式（2.38）即为Gamma-Gamma概率分布函数，K为第二类n阶修正贝塞尔函数，)(为Gamma函数，和分别表示大尺度散射系数和小尺度散射系数。实际中，和与波束模型有光，有学者给出了如下的经验公式[2]127/6212/50.49exp110.180.56lmld（2.39）15621255/62212/50.1510.69exp110.90.62lmmldd（2.40）
大气激光通信中的分层光空间调制16其中，10511mmdDz，mD为接收机孔径直径，为波长，单位是m，D表示激光光束传输距离，单位为km。22761160.5lnmCkD，其中6210mk，2nC是折射率结构常数。又因为2I1111，222III，I1，可得到双Gamma分布下的总的闪烁指数为2111I（2.41）图2.3光强起伏的Gamma-Gamma分布模型图2.3是Gamma-Gamma分布模型下的光强起伏曲线图。从图中可以看出，该模型能更准确地表示弱、中等到强湍流下的光强起伏统计性能，因此，与Log-normal分布模型相比，Gamma-Gamma分布模型的适用范围更广泛，但该模型数学表达式较为复杂，限制了其在理论推导中的应用。2.2.3.3负指数分布湍流模型负指数分布模型适用于强湍流及以上（饱和流态）。大量的实验数据表明，在湍流的饱和区，独立散射数变大，此时光场振幅起伏通常服从瑞利分布，光强服从负指数分布，这种饱和区也被称为完全发展的散斑区。光强的概率密度函数为0001()exp0IPIIII（2.42）式（2.42）中，E[I]=I0为平均光强。对光强归一化，则负指数分布的概率密度函数化简为PIexpI,I0（2.43）当光强起伏达到饱和状态时，负指数分布下的大气信道的闪烁指数趋于1。图2.4是负指数分布下的概率密度函数曲线。图中平均光强I0分别取了0.5，1和1.5。由图2.4可以看出，在负指数分布模型中，随着光强I的增加，其概率密度函数逐渐趋于0；另外，平均光强越大，曲线下降的越来越平坦。
【参考文献】：
期刊论文
[1]湍流信道下光空间调制信号的压缩感知检测[J]. 王惠琴,宋梨花,曹明华,王道斌. 光学精密工程. 2018(11)
[2]采用幅度相移键控调制的分层空间调制算法[J]. 李云风,王磊,王志成. 西安交通大学学报. 2018(08)
[3]空间光通信中基于多输入多输出的级联码方案研究[J]. 曹阳,张勋,彭小峰,任发韬. 光学学报. 2018(01)
[4]空间调制无线光多输入多输出通信系统中自适应功率分配算法[J]. 黄爱萍,陶林伟. 中国激光. 2017(10)
[5]相关信道中光多输入多输出系统的误码率[J]. 王惠琴,王雪,曹明华. 光学精密工程. 2016(09)
[6]基于二进制二次规划全局最优性条件的GSSK系统的检测算法[J]. 张新贺,吴金隆,门宏志,金明录. 系统工程与电子技术. 2015(07)
[7]空间调制技术及发展[J]. 郭鹏程,关胜勇,许拔. 通信技术. 2014(04)
[8]大气光通信中大孔径接收性能分析与孔径尺寸选择[J]. 陈纯毅,杨华民,姜会林,佟首峰,范静涛,韩成. 中国激光. 2009(11)
[9]空间光通信APT系统中大气信道对激光信号传输影响的分析和研究[J]. 张文涛,朱保华,李贤,胡渝. 激光杂志. 2004(01)
博士论文
[1]基于空间调制的大规模MIMO传输技术研究[D]. 肖丽霞.电子科技大学 2017
[2]可见光通信系统容量分析与星座设计[D]. 王金元.东南大学 2015
[3]广义多天线系统中的空间调制技术研究[D]. 马宁.天津大学 2014
硕士论文
[1]湍流环境下自由光通信系统性能研究[D]. 张敏.中北大学 2018
[2]大气光通信中的自适应调制方案研究[D]. 牛泽群.北京邮电大学 2017
[3]未来5G通信系统中的空间调制技术研究[D]. 岳宗笛.电子科技大学 2016
[4]基于MIMO的可见光通信的研究[D]. 呼树同.北京交通大学 2016
[5]可见光通信中的空间编码调制技术研究[D]. 邱朗.东南大学 2016
[6]可见光通信中的PPM编码调制技术[D]. 刘晶.东南大学 2016
[7]压缩感知中的信号重构算法研究[D]. 马庆涛.南京邮电大学 2013
本文编号：3268493
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