相關(guān)信道中大氣光MIMO系統(tǒng)的性能分析.pdf

1、大氣激光通信是微波通信與光纖通信相結(jié)合的一種新興通信技術(shù)，綜合了微波通信的靈活接入和光纖通信的高傳輸速率等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域，特別是軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。激光在大氣信道中傳輸時(shí)容易受到大氣湍流的影響，引起信號(hào)衰落，造成誤碼率增加，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)通信中斷。多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)不但可以有效抵御大氣湍流，而且可以在不需要額外增加系統(tǒng)帶寬和發(fā)射功率的前提下大大增加系統(tǒng)容量、提高系統(tǒng)頻帶利用率，因而成為改善系統(tǒng)性能的一種有效措施，是近

2、年來(lái)大氣激光通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　然而，大量關(guān)于光MIMO技術(shù)的理論研究都是基于信道獨(dú)立的假設(shè)條件，實(shí)驗(yàn)研究表明，這種假設(shè)過(guò)于理想化，并不切合實(shí)際。在實(shí)際的傳輸信道中，發(fā)散角過(guò)大及湍流等的影響都會(huì)引起各光束間的空間相關(guān)性。此外，系統(tǒng)終端尺寸受限會(huì)導(dǎo)致天線元素間距過(guò)小，空間相關(guān)性增大，進(jìn)一步限制了光MIMO通信系統(tǒng)的性能。本文正是基于這樣的考慮，在分析了大氣湍流信道統(tǒng)計(jì)特性的基礎(chǔ)上，針對(duì)強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)（IM/DD），重點(diǎn)

3、討論并分析了空間相關(guān)性對(duì)光MIMO系統(tǒng)的信道容量和誤碼率的影響，主要工作如下：
　　(1)結(jié)合光MIMO系統(tǒng)的信道模型，分析了不同相關(guān)場(chǎng)景下的信道衰落系數(shù)矩陣，并采用指數(shù)相關(guān)模型分析了對(duì)數(shù)正態(tài)分布下相關(guān)光MIMO系統(tǒng)的信道特性，為下一步工作奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)針對(duì)OOK調(diào)制，推導(dǎo)了采用均勻圓形陣列的相關(guān)光MIMO系統(tǒng)的平均信道容量以及中斷信道容量的表達(dá)式，仿真并分析了空間相關(guān)性對(duì)二者的影響。針對(duì)PPM和MPPM調(diào)制方式，

4、推導(dǎo)了考慮空間相關(guān)性的光MIMO系統(tǒng)在Poisson機(jī)制下的平均信道容量的表達(dá)式，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步化簡(jiǎn)。結(jié)果表明：空間相關(guān)性會(huì)嚴(yán)重影響光MIMO技術(shù)通過(guò)增加分集增益所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，而且這種影響會(huì)隨著相關(guān)性的增加而變大。
　　(3)討論了PPM調(diào)制Poisson機(jī)制下的最大似然準(zhǔn)則，在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了大氣激光通信相關(guān)MIMO系統(tǒng)的誤碼率的上界，并采用Wilkinson近似方法對(duì)表達(dá)式進(jìn)行了簡(jiǎn)化。結(jié)果表明：相關(guān)性的存在使得光MIMO