自由空間光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線光通信(WOC)也稱為自由空間光通信(FSO),是一種通過(guò)激光在無(wú)需光纖的情況下實(shí)現(xiàn)雙向通信系統(tǒng)。它具有帶寬寬、保密性好、抗干擾性強(qiáng)、無(wú)需頻率申請(qǐng)、體積小、功耗低等特點(diǎn)。在寬帶接入、廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)擴(kuò)展、局域網(wǎng)互連、深空通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，是當(dāng)前光通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本文闡述了FSO基本概念、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域及國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況。主要研究了湍流大氣中光束的傳輸理論，介紹了基于Rytov近似的弱起伏理論和基于Markov近似的

2、強(qiáng)起伏理論，在此基礎(chǔ)上，對(duì)FSO系統(tǒng)的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。研究工作的創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下：
　　 ⑴建立了多光束收發(fā)的MIMO-FSO系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。將MIMO技術(shù)應(yīng)用于自由空間激光通信，建立MIMO-FSO系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型進(jìn)行了仿真分析和研究，仿真結(jié)果證明了多光束收發(fā)技術(shù)可以有效減弱大氣湍流引起的光強(qiáng)起伏，提高FSO系統(tǒng)的性能，降低通信系統(tǒng)的誤碼率。
　　 ⑵提出了一種新的適用于大氣湍流信道下的空時(shí)編碼分集方案。

3、論文分析了在IM/DD的大氣激光通信中運(yùn)用空時(shí)編碼的可行性。以多光束發(fā)射接收技術(shù)為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)的移動(dòng)通信中的空時(shí)分組碼STBC改進(jìn)后應(yīng)用于自由空間激光通信系統(tǒng)，給出了該方案的編碼、譯碼的方法，并對(duì)該方案進(jìn)行了仿真分析和研究，仿真結(jié)果表明，在誤碼率等于10-3時(shí)，采用改進(jìn)型的空時(shí)編碼，可以獲得大約4dB的信道增益。
　　 ⑶提出一種新的調(diào)制方法—雙頭脈沖間隔調(diào)制(DH-PIM)。在IM/DD的大氣激光通信中，常用的調(diào)制方式主要有：

4、OOK、PPM、DPPM、PIM等，對(duì)這些調(diào)制方式進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出一種新的調(diào)制方法—雙頭脈沖間隔調(diào)制(DH-PIM)。研究了采用該調(diào)制方法的無(wú)線激光通信系統(tǒng)在加性高斯白噪聲情況下的性能，對(duì)DH-PIM的符號(hào)結(jié)構(gòu)、帶寬、功率譜和誤碼率特性等方面進(jìn)行了分析，并與OOK、PPM和DPPM等調(diào)制方式做了比較，結(jié)果表明，DH-PIM具有較好的帶寬和功率綜合特性，可以應(yīng)用于高速率的實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)。
　　 ⑷提出了一種復(fù)合軸ATP系統(tǒng)

5、。ATP子系統(tǒng)是無(wú)線光通信系統(tǒng)的重要組成部分，它包括瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤過(guò)程。安裝平臺(tái)的振動(dòng)是影響FSO系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)性能的一個(gè)很重要的因素，詳細(xì)分析了安裝平臺(tái)振動(dòng)對(duì)FSO系統(tǒng)性能的影響，并進(jìn)行了仿真分析。在此基礎(chǔ)上，介紹了ATP系統(tǒng)的基本概念及工作原理，提出一種復(fù)合軸控制系統(tǒng)，可以較大的提高控制精度，最后對(duì)衡量ATP系統(tǒng)性能的基本參數(shù)進(jìn)行了介紹，利用MATLAB工具對(duì)ATP系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果證明，復(fù)合軸控制系統(tǒng)捕獲時(shí)間短，超調(diào)量小，具有較