散射通信信道特性以及系統(tǒng)性能分析.pdf

1、相比于傳統(tǒng)的無(wú)線通信，無(wú)線光通信具有無(wú)需頻譜認(rèn)證、超寬帶寬、低功耗、數(shù)據(jù)速率高等已經(jīng)存在的以及潛在的優(yōu)點(diǎn)，并且在近幾年引起了廣泛的關(guān)注。而對(duì)于室外場(chǎng)景中的無(wú)線光通信，散射通信能夠很好地應(yīng)用在收發(fā)機(jī)無(wú)法完全對(duì)準(zhǔn)，或者直射鏈路存在遮擋物的場(chǎng)景中。然而，不同的大氣環(huán)境對(duì)于散射通信信道影響有很大差異，接收端的信號(hào)也會(huì)具有很強(qiáng)的隨機(jī)性。同時(shí)，針對(duì)于紫外散射通信，接收到的信號(hào)往往非常微弱，這與傳統(tǒng)的光通信或者無(wú)線通信又有很大不同。因此，針對(duì)于散射通

2、信的信道特性以及系統(tǒng)性能分析和優(yōu)化的研究對(duì)于進(jìn)一步研究有重要意義。
　　本論文針對(duì)于散射通信信道以及系統(tǒng)優(yōu)化提出了一系列創(chuàng)新研究，主要貢獻(xiàn)如下:
　　考慮不同大氣環(huán)境，比如大氣顆粒濃度，大氣顆粒半徑，海拔高度，等等，利用Monte Carlo方法分析了不同傳輸波長(zhǎng)情況下的鏈路信道損失以及在采用OOK調(diào)制情況下的誤碼率特性。并且修正了在非均勻介質(zhì)中散射通信的Monte Carlo仿真方法。
　　考慮不同發(fā)射端以及接收端參

3、數(shù)（發(fā)射端仰角，接收端仰角，發(fā)射端光束發(fā)散角，接收端市場(chǎng)角），仿真了路徑衰減的變化情況?？紤]對(duì)于發(fā)射端發(fā)射光束進(jìn)行光束整形，發(fā)能夠提高散射通信信道增益。同時(shí)，采用高效的理論分析以及查表算法，首次分析了二維散射強(qiáng)度分布，發(fā)現(xiàn)此二維分布的等強(qiáng)度線能用橢圓曲線很好的擬合，并且進(jìn)一步給出了橢圓參數(shù)以及系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系。
　　考慮到散射通信應(yīng)用的保密通信場(chǎng)景，分析了下列兩種情況下的保密通信速率
　　合法傳輸鏈路為直射激光鏈路，潛在的竊聽(tīng)

4、者可能通過(guò)散射鏈路獲取保密信息。我們首次通過(guò)保密可達(dá)速率的概念，分析了敏感區(qū)域的范圍，以及在不同湍流強(qiáng)度下的保密通信中斷概率與竊聽(tīng)者位置和背景噪聲之間的關(guān)系。
　　考慮多個(gè)發(fā)射機(jī)，合法接收機(jī)與竊聽(tīng)接收機(jī)均通過(guò)散射鏈路接收信息?？紤]到散射信道的強(qiáng)衰減特性，接收端采用光子計(jì)數(shù)接收。分析了多發(fā)單收保密泊松信道的可達(dá)速率，并且優(yōu)化了多個(gè)發(fā)送端的功率分配以及OOK信號(hào)占空比，最大化可達(dá)保密通信速率。
　　針對(duì)于散射通信接收端的弱信號(hào)，

5、給出了兩種接收機(jī)模型
　　考慮基于PMT的連續(xù)信號(hào)檢測(cè)，考慮對(duì)應(yīng)的高斯泊松聯(lián)合分布，給出了對(duì)應(yīng)系統(tǒng)可達(dá)速率的上下界，以及基于分段近似的最大后驗(yàn)概率檢測(cè)。同時(shí)考慮基于其接收信號(hào)的特性，構(gòu)造了個(gè)一個(gè)非理想光子計(jì)數(shù)器，并對(duì)其中ADC的量化閾值進(jìn)行了優(yōu)化。
　　考慮基于上升沿的脈沖計(jì)數(shù)器。利用脈沖保持保持電路，PMT輸出的窄脈沖經(jīng)過(guò)此電路后變成一個(gè)有固定寬度的方形脈沖。而接下來(lái)對(duì)其上升沿進(jìn)行檢測(cè)，得到一個(gè)符號(hào)時(shí)間內(nèi)的光子數(shù)。針對(duì)于這