基于圓偏振移位鍵控調(diào)制的星地激光通信鏈路仿真研究.pdf

1、相對(duì)于微波通信，激光通信具有數(shù)據(jù)率高、容量大、終端體積小、重量輕、功耗低、抗電磁干擾和保密性好等優(yōu)點(diǎn)，因而星地激光通信是今后星地間大容量保密通信最具競(jìng)爭(zhēng)力的可選方案之一。由于大氣因素，尤其是大氣湍流，造成了光束漂移、擴(kuò)展和閃爍等現(xiàn)象，嚴(yán)重破壞了光束傳輸質(zhì)量，降低通信系統(tǒng)的可靠性。為此，諸如孔徑平滑、多孔徑發(fā)射、自適應(yīng)光學(xué)、波長分集技術(shù)等方案被應(yīng)用于降低湍流的影響，但這些方案在系統(tǒng)復(fù)雜性、成本等方面存在一些問題。因此，可靠性高、成本低的方

2、案成為迫切需求。
　　 光在大氣傳輸時(shí)，偏振態(tài)是最穩(wěn)定的特性之一。利用這個(gè)特性，國內(nèi)外學(xué)者以偏振態(tài)作為調(diào)制參數(shù)，進(jìn)行了基于偏振移位鍵控調(diào)制的近地面自由空間光通信研究。本文以星地激光通信為背景，提出一種圓偏振移位鍵控(CirclePolarizationShifiKeying，CPo1SK)調(diào)制方案，并通過仿真手段分析星地激光通信CPo1SK調(diào)制的誤碼率優(yōu)勢(shì)。本文主要工作如下：
　　 首先，以圓偏振基模高斯光為通信光束模型

3、，分析它在湍流大氣傳輸時(shí)的偏振態(tài)退偏特性。在理論分析偏振態(tài)退偏時(shí)，結(jié)合Maxwell波動(dòng)方程和vonKarman大氣折射率起伏功率譜密度函數(shù)，推導(dǎo)了偏振度的退偏均值計(jì)算公式，并分析了偏振角的退偏情況。最后，數(shù)值模擬了具體鏈路條件下偏振度的退偏均值與湍流因素的關(guān)系。
　　 其次，在偏振態(tài)退偏和線偏振移位鍵控調(diào)制技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種CPo1SK調(diào)制方案。該調(diào)制是一種數(shù)字二進(jìn)制調(diào)制，在發(fā)射端分別將信息“0”和“1”調(diào)制到左、右旋圓偏

4、振光上，在接收端檢測(cè)圓偏振光的斯托克斯矢量的參量S3，從而解調(diào)出所傳輸?shù)男畔?。誤碼率作為通信系統(tǒng)最重要的指標(biāo)之一，文中結(jié)合實(shí)際星地激光通信必須考慮的各種損耗和湍流效應(yīng)，推導(dǎo)了上、下行鏈路的誤碼率計(jì)算公式。
　　 最后，設(shè)計(jì)了基于VisualStdio2005平臺(tái)的CPo1SK調(diào)制誤碼率仿真系統(tǒng)。結(jié)合具體的鏈路條件，仿真分析了近地面折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)、地面風(fēng)速、通信天頂角、湍流內(nèi)尺度、外尺度五個(gè)大氣湍流因素影響下CPo1SK調(diào)制的誤碼