自由空間光通信中繼系統(tǒng)研究.pdf

1、自由空間光(free-space optical，F(xiàn)SO)通信系統(tǒng)能夠使用開放頻段以高達(dá)幾Gbps的速率傳遞信息。然而單跳的FSO鏈路受制于湍流導(dǎo)致的衰落，其通信距離不能超過幾千米。為了突破通信距離的限制，一種可行的方法是使用中繼。通過引入中繼，長鏈路被分解成多條短鏈路，端到端的通信可靠性能夠有效提升。
　　本文首先研究FSO通信的最優(yōu)中繼放置問題。其中，中繼位置必須保證鏈路能夠繞開障礙物，且中繼節(jié)點必須在可行域之內(nèi)。我們提出了一

2、種對中繼位置的最優(yōu)化框架，能夠使FSO多跳通信達(dá)到最低的中斷概率，同時使中繼位置滿足障礙物和可行域的約束條件。當(dāng)需要放置的中繼點個數(shù)很多時，解空間將會隨自變量個數(shù)（正比于中繼點個數(shù)）呈指數(shù)級增大，故搜索時間將會變得很漫長。因此我們提出了一種分組優(yōu)化算法來降低搜索時間。仿真表明，分組優(yōu)化算法能夠提供和最優(yōu)解很接近的次優(yōu)解，但是其平均搜索時間卻只隨著中繼的個數(shù)呈線性增長。此外，文中還提出了兩個關(guān)于最優(yōu)中繼位置的定理，能夠就如何降低中斷概率的

3、問題給出一些直觀解答，從而協(xié)助確定中繼的初始位置。仿真結(jié)果表明我們提出的最優(yōu)化模型能夠為最優(yōu)中繼擺放問題提供有效的解決方案。
　　已有文獻(xiàn)考慮了射頻（radio frequency，RF）協(xié)作通信協(xié)議在FSO信道下的性能，但是卻并沒有考慮這些RF協(xié)議是否應(yīng)該針對FSO信道特性進(jìn)行改進(jìn)。我們提出了一種單中繼場景下針對FSO信道的協(xié)作通信方式，這種新型的協(xié)作方式和鏈路的距離密切相關(guān)，且利用了FSO信道分集增益和鏈路距離相關(guān)的特性來改善

4、系統(tǒng)性能。理論分析和實驗結(jié)果均表明，這種新型的協(xié)作通信方式能夠提供比經(jīng)典的自適應(yīng)解碼轉(zhuǎn)發(fā)更高的分集增益。
　　當(dāng)天氣狀況不理想時，備用的多跳RF鏈路通常被激活以維持通信。RF通信中，分集接收是一種用來提升系統(tǒng)性能的常見做法。然而由于FSO接收機(jī)的體積有限，故安裝在同一FSO接收機(jī)上的RF天線通常會經(jīng)歷相關(guān)衰落。為了研究備用RF系統(tǒng)在相關(guān)信道下的分集接收性能，我們首先研究了單跳情況下的分層合并器(SC-MRC，SC-EGC，EGC-