自由空间光通信多维混合调制技术研究

发布时间：2017-08-07 06:24

  本文关键词：自由空间光通信多维混合调制技术研究

  更多相关文章： 自由空间光通信 多维混合调制 大气湍流信道 Gamma-Gamma分布 误码率

【摘要】：自由空间光(Free space optical,FSO)通信是无线光通信的一种,利用激光信号在大气信道中传输信息。FSO系统具有高带宽、高保密性、无电磁干扰、不需频率许可证等优点。FSO既可以作为现代无线通信网络的有效补充,解决无线通信最后一公里的问题,也可以用来组建高性能的核心网。FSO是下一代超高速无线通信网络的重要组成部分。大气湍流信道带来的干扰问题是FSO系统的研究和应用所面临的主要挑战,恶劣天气的影响和光强闪烁效应使得FSO通信系统的传输性能严重降低。目前存在多种FSO系统抗大气湍流干扰技术,高级调制编码技术是能够提高FSO通信系统传输性能的最基本方法。近年来,研究者在光通信系统中提出多维混合调制技术,通过联合使用多种传统调制方式对激光载波的多个维度的自由度进行联合调制,从而提高系统带宽使用效率并降低误码率,提高光通信系统性能。本文结合偏振分解复用(PDM)、四进制相移键控(QPSK)和多脉冲脉冲位置调制(MPPM)提出PDM-QPSK-MPPM多维混合调制,给出FSO系统中的发射接收端的调制解调系统模型,理论分析了其带宽使用效率和误码性能,推导出在Gamma-Gamma大气湍流信道模型下的误码率(BER)和误符号率(SER)表达式。在数值分析中,将PDM-QPSK-MPPM调制与传统调制方式BPSK和MPPM的BER和SER分别进行比较,能够看出所提出的PDM-QPSK-MPPM多维混合调制具有更高的带宽效率和可靠性。另外,与其它两种混合调制方式PQP和POLMUX-QPSK相比,PDM-QPSK-MPPM多维混合调制具有灵活可调的优点,可以通过调整单位符号周期内发送的有效脉冲数对系统的带宽效率和BER进行有效折衷。因此PDM-QPSK-MPPM在FSO自适应传输系统中具有一定的应用空间,能够在信道情况变化的情况下自适应调节传输速率保持预定的误码性能。在PDM-QPSK-MPPM多维混合调制的概念基础上,为了进一步改善系统复杂度,本文又提出了PDM-DPSK-MPPM多维混合调制方案,理论推导出其BER上限和下限表达式。在PDM-DPSK-MPPM调制中,使用基于马赫曾德干涉仪解调器的差分相移键控,省去了相干检测中必须使用的本地激光载波器和锁相环电路,降低了系统复杂度,提高了在FSO系统中的实用性。数值分析结果表明,PDM-DPSK-MPPM调制的误码性能虽然相比于相干解调的PDM-QPSK-MPPM有所下降;但是比传统调制方式MPPM和BPSK具有更好的误码性能和抗大气干扰能力。
【关键词】：自由空间光通信 多维混合调制 大气湍流信道 Gamma-Gamma分布 误码率
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 论文主要工作与结构安排12-15
• 第2章 FSO系统介绍及相关调制技术概述15-27
• 2.1 FSO系统简介15-16
• 2.2 大气湍流信道模型16-18
• 2.3 FSO系统传统调制技术18-23
• 2.4 光偏振分解复用技术23-25
• 2.5 本章小结25-27
• 第3章 PDM-QPSK-MPPM多维混合调制27-47
• 3.1 PDM-QPSK-MPPM多维混合调制方案27-30
• 3.1.1 PDM-QPSK-MPPM调制27-28
• 3.1.2 发射接收端系统模型28-29
• 3.1.3 大气湍流信道模型29-30
• 3.2 PDM-QPSK-MPPM调制性能理论分析30-37
• 3.2.1 PDM-QPSK-MPPM调制有效性分析30-32
• 3.2.2 PDM-QPSK-MPPM调制可靠性分析32-37
• 3.3 数值仿真与结果分析37-46
• 3.3.1 误码率仿真分析37-39
• 3.3.2 误符号率仿真分析39-43
• 3.3.3 相关多维混合调制方式比较分析43-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 PDM-DPSK-MPPM多维混合调制47-61
• 4.1 PDM-DPSK-MPPM多维混合调制方案47-51
• 4.1.1 MZI-DPSK调制47-48
• 4.1.2 PDM-DPSK-MPPM调制48-49
• 4.1.3 发射接收端系统模型49-51
• 4.2 PDM-DPSK-MPPM调制性能理论分析51-53
• 4.2.1 PDM-DPSK-MPPM调制有效性分析51
• 4.2.2 PDM-DPSK-MPPM调制可靠性分析51-53
• 4.3 数值仿真与结果分析53-60
• 4.3.1 带宽使用效率仿真分析53
• 4.3.2 误码率仿真分析53-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 总结与展望61-63
• 5.1 全文总结61-62
• 5.2 未来工作展望62-63
• 参考文献63-68
• 作者简介及科研实践68-69
• 致谢69

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