自由空間光通信中相干OFDM及其多跳系統(tǒng)研究.pdf

1、自由空間光通信(FSO)被認為是“最后一公里問題”切實可行的解決方法，因為其傳輸速率高、可用頻帶寬、低功率損耗以及保密性好等優(yōu)點引起了學術(shù)界廣泛地關(guān)注。此外，F(xiàn)SO系統(tǒng)還具有抗干擾能力強、無需頻譜許可以及協(xié)議透明性等優(yōu)點。但當FSO系統(tǒng)的光信號在大氣信道進行傳輸時，大氣隨機波動產(chǎn)生的大氣湍流效應(yīng)，造成光強起伏和相位噪聲，嚴重影響自由空間光通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量，此外由發(fā)射端和接收端未瞄準帶來的瞄準誤差以及由光信號透過大氣中的粒子而產(chǎn)生的吸收

2、和散射引起的鏈路損耗也會影響系統(tǒng)鏈路的性能。
　　利用正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)可以產(chǎn)生更高的數(shù)據(jù)速率，也可以有效地抑制符號間干擾(ISI)，因其抵抗頻率選擇性衰落和窄帶噪聲能力強，較高的頻帶利用率，可以很好的抑制隨機衰落效應(yīng)，開始逐漸出現(xiàn)在自由空間光通信領(lǐng)域。系統(tǒng)采用相干探測方式具有接收靈敏度高、平均信噪比高等優(yōu)點，但是在實際系統(tǒng)中很難保證信號光和本振光的頻率穩(wěn)定度，真正實現(xiàn)起來比較困難。
　　本文結(jié)合OFDM和相干探測

3、的優(yōu)點，提出了一種新的基于虛擬本振的可調(diào)諧光相干探測OFDM FSO系統(tǒng)，解決了很難實現(xiàn)信號光與本振光的頻率穩(wěn)定度在較高數(shù)量級的問題。重點分析了系統(tǒng)的中斷性能和誤符號性能。同時，從系統(tǒng)部署和連接方面出發(fā)，研究了多跳相干OFDM FSO系統(tǒng)性能。為相干OFDM FSO系統(tǒng)的實際應(yīng)用提供了理論參考。研究的具體內(nèi)容如下：
　　首先，論述了OFDM FSO系統(tǒng)的基本原理，采用適合描述所有湍流強度的Gamma-Gamma大氣湍流信道模型，不

4、僅考慮了光強起伏，也考慮了大氣湍流引起的相位誤差對該系統(tǒng)性能的影響。給出了基于虛擬本振的可調(diào)諧相干OFDM FSO系統(tǒng)的具體模型和實現(xiàn)方案。
　　其次，我們較全面地考慮了不同子載波個數(shù)下弱、中、強湍流引起的光強閃爍和相位起伏對相干OFDM FSO系統(tǒng)的中斷性能和誤符號性能的影響。利用系統(tǒng)達到一定誤符號率時所需的平均接收光功率，進一步說明與直接探測方式相比，采用相干探測方式可以提高系統(tǒng)的靈敏度。推導出在不同子載波個數(shù)下系統(tǒng)中斷概率和

5、誤符號率的閉合表達式。為相干OFDM FSO系統(tǒng)設(shè)計、參數(shù)選擇提供了依據(jù)。
　　最后，為了擴大發(fā)射端覆蓋范圍，提高系統(tǒng)設(shè)計的靈活性，針對串行譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)中繼傳輸方式，提出了多跳相干OFDM自由空間光通信系統(tǒng)模型。在研究大氣信道衰落模型中，主要考慮大氣湍流引起的光強閃爍以及由發(fā)射端和接收端未瞄準偏差和路徑損耗三者的共同作用。推導出串行DF中繼傳輸方式下的多跳相干OFDM FSO系統(tǒng)的中斷概率和誤符號率的MeijerG函數(shù)的閉合表