大氣激光通信信道的特性分析.pdf

1、大氣激光通信是以激光束作為信息載體,在大氣中進(jìn)行信息雙向傳輸?shù)囊环N寬帶通信技術(shù)。由于其可提供使用的帶寬非常寬,具有發(fā)射光束窄,抗電磁干擾能力強(qiáng),易于擴(kuò)容、建造和維護(hù)經(jīng)費(fèi)低,頻譜不受管制等優(yōu)點(diǎn),因此它已成為目前大容量空間通信最具競爭力的解決方案。
　　激光在大氣中通信時,大氣本身的特點(diǎn)會給激光通信系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性帶來諸多問題,研究大氣中各種因素的影響特性,并且準(zhǔn)確的估算其鏈路衰減,對實(shí)現(xiàn)有效的信道補(bǔ)償而言尤為重要。本文從大氣的吸

2、收、散射和湍流效應(yīng)等幾個方面對大氣信道進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析和信道測量,得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論具有較大的參考價值。本文的研究內(nèi)容主要包括:
　　1)基于常用模型對激光在霧、雨和雪信道傳輸時的衰減特性進(jìn)行了分析,并采用532nm波長激光對桂林地區(qū)大氣衰減信道進(jìn)行了系統(tǒng)性測量,得出了一批有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對理論模型仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行分析對比表明:Vasseur模型更適用于桂林地區(qū)的輻射霧預(yù)測,Naboulsi模型預(yù)測結(jié)果更接近平

3、流霧實(shí)測值,而雨衰減信道測量結(jié)果與M-P模型最為接近;
　　2)激光的光斑圖像能夠反映出光強(qiáng)起伏大小以及分布,可以通過分析其受湍流影響的強(qiáng)弱從而研究大氣湍流信道的特性。應(yīng)用夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射的算法,對光波強(qiáng)度和光斑圖像在光束截面內(nèi)的分布進(jìn)行分析及計(jì)算,研究了傳輸距離、發(fā)射孔徑、激光波長以及湍流結(jié)構(gòu)常數(shù)等對光斑形狀及光強(qiáng)分布的影響。利用對數(shù)正態(tài)分布以及gamma-gamma分布建立了大氣湍流信道模型,通過仿真結(jié)果表明光斑光強(qiáng)分布服從貝

4、塞爾分布,相同信道條件下,湍流對大孔徑和長波長的系統(tǒng)影響較小。最后通過光斑外場測量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論結(jié)果的正確性;
　　3)采用蒙特卡羅方法建立了大氣后向散射光子傳輸模型,從能見度、非對稱因子、介質(zhì)反照率等幾個方面分析了大氣后向散射效應(yīng)的特性,進(jìn)行了后向散射信道測量,測試與仿真結(jié)果表明:大氣后向散射強(qiáng)度與能見度成反比,與接收點(diǎn)的距離成負(fù)指數(shù)關(guān)系,并得到了后向散射能量與發(fā)射功率成正比的結(jié)論。再次基礎(chǔ)上,提出了一種改進(jìn)的快速蒙特卡羅仿真算