DAML相位估计在空间相干光通信系统中的应用

发布时间：2017-09-06 19:48

  本文关键词：DAML相位估计在空间相干光通信系统中的应用

  更多相关文章： 自由空间相干光通信 大气湍流 天气状况 数据辅助最大似然DAML M次幂 数字信号处理相位估计

【摘要】：空间相干光通信因具备接收灵敏度高、能够克服背景噪声、频谱利用率高等优点,在高速率、远距离、大容量数据通信上更具优势,是目前FSO通信的主要研究方向。然而激光信号经过大气信道时会受到大气湍流引起的光强闪烁和波前相位扰动的影响,以及雾霾、雨、雪等天气状况下衰减效应的影响。相比于IM/DD系统,空间相干光通信系统的性能受链路衰减的影响较小,但明显受到湍流相位噪声的限制。因此将成熟应用于光纤相干光通信的DSP相位估计技术扩展到FSO通信领域,对FSO通信系统的开发具有重要意义。此外,综合分析大气湍流光强闪烁、相位波动以及各种天气状况对空间相干光通信系统的影响十分必要。本文首先在深入研究大气湍流相位波动、光强波动的统计特性,以及雾霾、雨、雪天气信道衰减特性的基础上,建立了相对普适的大气信道模型。接着在此大气信道中,建立了基于DSP相位估计的空间相干光通信系统理论模型。其次,由于传统的光锁相环和自适应光学模式相位补偿技术都存在一定的局限性,本文基于湍流相位波动和激光器相位噪声的缓变特性,引入了两种DSP相位估计技术:M次幂算法和DAML算法。然后研究了在大气湍流、激光器相位噪声以及各种天气状况影响下DAML算法的相位估计性能,同时推导了基于DAML相位估计的DQPSK信号的误码率公式。最后本文进行了一系列的蒙特-卡洛仿真。本文首先仿真分析了湍流强度和激光器线宽对DAML和M次幂相位估计系统误码性能的影响。然后在考虑大气湍流的基础上,分别仿真分析了DAML系统在雾霾、雨、雪天气的误码性能、传输距离限制和波长选择特性。仿真结果表明:湍流相位波动造成的系统信噪比损伤小于0.1dB;DAML算法相较于M次幂算法能够更快速、有效地缓解相位噪声的影响;相比于传统的OOK IM/DD FSO通信系统,DAML空间相干光通信系统在抵抗大气湍流和各种天气状况引发的信道衰落方面更具优势。
【关键词】：自由空间相干光通信 大气湍流 天气状况 数据辅助最大似然DAML M次幂 数字信号处理相位估计
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 专用术语注释表8-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 自由空间相干光通信简介9-13
• 1.1.1 自由空间光通信特点9-10
• 1.1.2 自由空间相干光通信的优点10-11
• 1.1.3 自由空间相干光通信的关键技术11-12
• 1.1.4 自由空间光通信系统的实际应用12-13
• 1.2 课题研究的背景与意义13-16
• 1.2.1 自由空间相干光通信的国内外研究现状13-15
• 1.2.2 本课题的研究意义15-16
• 1.3 主要内容与篇章结构16-18
• 1.3.1 主要内容16-17
• 1.3.2 篇章结构17-18
• 第二章 大气信道中的空间相干光通信系统18-33
• 2.1 大气湍流效应18-21
• 2.1.1 大气湍流相位波动统计特性19-20
• 2.1.2 大气湍流光强起伏统计特性20-21
• 2.2 大气衰减效应21-27
• 2.2.1 大气吸收与散射21-23
• 2.2.2 雾霾天气衰减效应分析23-25
• 2.2.3 雨天衰减效应分析25-26
• 2.2.4 雪天衰减效应分析26-27
• 2.3 大气信道中的空间相干光通信系统模型27-32
• 2.3.1 空间光通信系统的基本组成与分类27-29
• 2.3.2 基于DSP相位估计的空间相干光通信系统模型29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 大气湍流对DSP相位估计系统性能的影响33-48
• 3.1 DSP相位估计技术33-37
• 3.1.1 M次幂相位估计技术33-35
• 3.1.2 DAML相位估计技术35-37
• 3.2 DAML算法在空间相干光通信系统中的性能研究37-44
• 3.2.1 基于DAML算法的空间相干光通信系统误码率分析37-39
• 3.2.2 大气湍流相位噪声对DQPSK系统性能的影响39-42
• 3.2.3 激光器相位噪声对DQPSK系统性能的影响42-43
• 3.2.4 波长选择43-44
• 3.3 基于M次幂相位估计的空间相干光通信系统性能分析44-47
• 3.3.1 大气湍流相位噪声对DQPSK系统性能的影响44-45
• 3.3.2 激光器相位噪声对DQPSK系统性能的影响45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 天气状况对DAML相位估计系统性能的影响48-66
• 4.1 不同天气状况下空间相干光通信系统研究48-51
• 4.1.1 信道状态模型48-49
• 4.1.2 基于DAML相位估计的DQPSK信号误码率推导49-51
• 4.2 雾霾天气对系统性能的影响51-60
• 4.2.1 雾霾对DQPSK系统误码率的影响51-55
• 4.2.2 传输距离限制55-58
• 4.2.3 波长选择特性58-60
• 4.3 雨雪天气对系统性能的影响60-65
• 4.3.1 降雨天气系统性能分析60-62
• 4.3.2 降雪天气系统性能分析62-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 5.1 全文总结66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文72-73
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目73-74
• 致谢74

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