自由空間光通信中圓偏振調(diào)制及多級(jí)調(diào)制的研究.pdf

1、相比于傳統(tǒng)的射頻通信和光纖通信，自由空間光通信(FSO)因?yàn)閭鬏斔俾矢摺⒖捎妙l帶寬、低功率損耗以及保密性好等優(yōu)點(diǎn)引起了學(xué)術(shù)界廣泛深入地關(guān)注。然而，在自由空間光通信領(lǐng)域，其傳輸信道為大氣信道，大氣溫度和壓力的改變所導(dǎo)致的大氣折射率的隨機(jī)改變會(huì)引起光束漂移和光強(qiáng)閃爍等大氣湍流效應(yīng)，具體表現(xiàn)為光信號(hào)的強(qiáng)度起伏和相位噪聲，從而嚴(yán)重地劣化光束的傳輸質(zhì)量，導(dǎo)致FSO系統(tǒng)的誤碼性能降低、通信中斷概率升高和信道傳輸容量的減小。這種FSO系統(tǒng)接收性能的下

2、降會(huì)較嚴(yán)重地影響通信系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性，從而較大程度地限制FSO關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。
　　分析大氣湍流對(duì)FSO系統(tǒng)接收性能的影響和從提高傳輸光束質(zhì)量的角度來(lái)提高光信號(hào)的接收總功率是提高FSO系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵因素。光的偏振態(tài)在FSO鏈路中傳輸時(shí)受大氣的擾動(dòng)較??；圓偏振態(tài)具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的特性，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)中使用時(shí)無(wú)需發(fā)射端和接收端偏振坐標(biāo)系的對(duì)正；且具有圓偏振態(tài)的光束的光強(qiáng)在大氣信道中經(jīng)粒子散射后的分布會(huì)更均勻

3、。這些優(yōu)點(diǎn)使得圓偏振調(diào)制技術(shù)在FSO通信領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。因此，本文基于光的圓偏振特性提出了一種圓偏振調(diào)制（CPolSK）系統(tǒng)的具體理論模型。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)光束準(zhǔn)直整形系統(tǒng)、發(fā)射端調(diào)制系統(tǒng)以及接收端解調(diào)系統(tǒng)幾大功能模塊進(jìn)行了解析，并從提高通信容量的角度，對(duì)結(jié)合CPolSK技術(shù)的多級(jí)調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了研究。研究的具體內(nèi)容如下：
　　首先，論述了大氣湍流對(duì)光通信鏈路的影響，分析了圓偏振調(diào)制的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和調(diào)制解調(diào)思想，提出了一種CP

4、olSK調(diào)制的FSO系統(tǒng)模型。從提高傳輸光束質(zhì)量的角度，提出一種前端直接耦合光纖平凸透鏡的聚合物直光錐光束準(zhǔn)直系統(tǒng)，通過(guò)光線傳輸理論和仿真實(shí)驗(yàn)具體地對(duì)直光錐的端體結(jié)構(gòu)參數(shù)錐角、錐長(zhǎng)等進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。并在考慮由系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)致的圓偏振控制誤差和大氣湍流引起的光強(qiáng)起伏和相位噪聲的基礎(chǔ)上，提出一種CPolSK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)的具體實(shí)現(xiàn)方案。
　　其次，采用和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較一致的Gamma-Gamma大氣湍流信道模型，在考慮圓偏振控制誤差和大氣湍流

5、影響的基礎(chǔ)上，針對(duì)弱、中、強(qiáng)三種不同大氣湍流下CPolSK系統(tǒng)的誤碼性能、通信中斷性能和平均信道傳輸容量等接收性能進(jìn)行了深入的研究。推導(dǎo)出了CPolSK系統(tǒng)的比特誤碼率（BER）、中斷概率（Pout）和平均信道容量（）的閉合表達(dá)式。較全面地仿真分析了弱、中、強(qiáng)各種湍流條件下由系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)致的圓偏振控制誤差以及由大氣湍流所引起的光強(qiáng)起伏和相位噪聲對(duì)CPolSK調(diào)制系統(tǒng)主要接收性能影響。
　　最后，從提高即時(shí)信息傳輸容量的角度，提