星地下行激光通信中的突發(fā)差錯及其抑制方法研究.pdf

1、衛(wèi)星光通信被稱為“未來空間信息高速公路”,它的諸多優(yōu)點吸引了世界各國和學(xué)者的廣泛關(guān)注,正在迅速走向?qū)嵱没?。衛(wèi)星全光通信網(wǎng)絡(luò)是衛(wèi)星光通信未來發(fā)展的重要方向。
　　星地下行光通信鏈路是衛(wèi)星全光通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵鏈路之一,是衛(wèi)星與地面交換信息的主要通信通道。在衛(wèi)星與地面進行光通信過程中,由于大氣湍流的作用,信號光的光場相干性會受到破壞,產(chǎn)生光強起伏等一系列光學(xué)效應(yīng),進而導(dǎo)致接收信號光出現(xiàn)一定概率的低于某一給定閾值的光學(xué)衰落。在基于強度調(diào)制/

2、直接探測(IntensityModulation/DirectDetection,IM/DD)體制的高速星地下行光通信系統(tǒng)中,這些衰落會直接造成突發(fā)的、成串的通信差錯,從而影響光通信系統(tǒng)的通信性能。本文把這種通信差錯定義為星地下行激光通信中的突發(fā)差錯,研究了引起這種突發(fā)差錯產(chǎn)生的下行激光通信信道的衰落特性,提出了抑制這種突發(fā)差錯影響通信性能的方法。
　　為了快速、準(zhǔn)確獲取星地下行光通信信道的可靠狀態(tài)信息,本文設(shè)計并完成了高采樣率(

3、采樣率超過1kHz)恒星星光光強起伏特性測量實驗,并建立了分析、處理和濾波光強起伏數(shù)據(jù)序列的多尺度小波濾波方法,以便剔除光強起伏序列中的隨機噪聲,同時降低信道狀態(tài)預(yù)測的難度。對實驗數(shù)據(jù)序列的分析處理結(jié)果表明,該方法能在保持光強起伏序列相關(guān)性幾乎不變的前提下,有效剔除混雜在光強起伏序列中的高頻和中高頻隨機噪聲。
　　為了抑制這種突發(fā)差錯對通信性能的影響,本文進行了如下兩方面的研究工作。
　　第一方面,在判決閾值已知的條件下,利

4、用一定時間內(nèi)接收信號光的最大衰落長度作為自適應(yīng)交織器的交織深度,建立了基于星地下行激光通信鏈路光強衰落特性的反饋式自適應(yīng)交織編碼方法,同時解決了抑制突發(fā)差錯影響和縮短傳輸時延的問題。與使用最大內(nèi)存交織方式的比較結(jié)果說明,該方法能夠在保持突發(fā)差錯影響抑制能力幾乎不變的條件下,顯著縮短交織器引入的信息傳輸時延。
　　第二方面,考慮到在判斷突發(fā)差錯是否發(fā)生的過程中判決閾值的關(guān)鍵作用,為了抑制突發(fā)差錯的產(chǎn)生,利用對星地下行光通信信道衰落狀

5、態(tài)的實時動態(tài)預(yù)測結(jié)果,自適應(yīng)的調(diào)整最佳判決閾值,建立了加權(quán)Kalman自適應(yīng)閾值估計方法和多尺度小波自適應(yīng)閾值估計方法。
　　加權(quán)Kalman自適應(yīng)閾值估計方法利用了信號光的相關(guān)性與近似寬平穩(wěn)特性,按照加權(quán)方式刻畫輸入序列相關(guān)性,同時要求參與加權(quán)運算的輸入序列必須滿足一定的相關(guān)性,每次計算須根據(jù)相關(guān)性要求自動截取適當(dāng)長度的輸入序列,(輸入序列各項權(quán)重依賴于相關(guān)性),通過求解加權(quán)方程和Kalman估計,獲得實時最優(yōu)判決閾值預(yù)測值。與

6、現(xiàn)有的閾值預(yù)測方法相比,提高了最優(yōu)閾值的預(yù)測精度和抑制突發(fā)差錯產(chǎn)生的能力。
　　多尺度小波自適應(yīng)閾值估計方法的原理是對輸入信號序列進行多尺度極大重疊小波分解,考慮到在各個尺度上根據(jù)相關(guān)性要求自動截取的輸入序列長度各不相同,以及輸入序列各項權(quán)重也不相同的特點,在各尺度上分別使用加權(quán)Kalman預(yù)測模型進行預(yù)測,最后使用極大重疊小波變換將各個尺度的預(yù)測序列重構(gòu)為最終預(yù)測序列。研究結(jié)果表明,與加權(quán)Kalman自適應(yīng)閾值估計方法相比,該方