自由空間光通信系統(tǒng)中的CO-OFDM的研究.pdf

1、自由空間光(Free Space Optical，F(xiàn)SO)通信技術(shù)屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，它主要應(yīng)用于室外通信環(huán)境。該通信技術(shù)以光波作為載波，它能有效抵抗外界電磁波干擾且擁有豐富的頻譜資源和巨大信道容量、信息不容易被竊取等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是在接入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)無需進(jìn)網(wǎng)許可及安裝施工過程相對(duì)容易方便。因此自其于20世紀(jì)60年代問世以來引起全世界范圍內(nèi)的廣大專家學(xué)者的高度關(guān)注。自21世紀(jì)以來，通信技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，通信服務(wù)業(yè)務(wù)也蓬勃發(fā)展，人們對(duì)

2、高質(zhì)量的通信需求也相應(yīng)迅速增長(zhǎng)。面對(duì)這種情況與發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的無線電射頻(Radio Frequency，RF)通信技術(shù)變得越來越無能為力，但FSO通信技術(shù)因其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)逐漸成為下一代(5G)無線通信技術(shù)的重要組成部分。
　　盡管FSO通信技術(shù)有許多優(yōu)勢(shì)但同時(shí)也存在很多弊端。FSO通信系統(tǒng)在近地大氣層工作時(shí)，由于激光的傳輸介質(zhì)是大氣，因此光波信號(hào)容易受到許多外界因素的干擾，從而使系統(tǒng)性能有一定程度的下降。FSO通信系統(tǒng)按調(diào)制方

3、式可以分為強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)(Intensity Modulation/Direct Detection，IM/DD)光通信系統(tǒng)和相干光通信系統(tǒng)。本文主要采用相干光通信系統(tǒng)，它具有探測(cè)靈敏度高，抗背景光和抗噪聲干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，尤其是與相干光正交頻分復(fù)用(Coherent Orthogonal Frequency Division Multiplexing，CO-OFDM)調(diào)制相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離和更高速率的傳輸，但CO-

4、OFDM通信系統(tǒng)會(huì)因激光相位噪聲等造成OFDM子載波間的串?dāng)_(Inter-carrier Interference，ICI)。為緩解CO-OFDM系統(tǒng)上述缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)性能，本論文主要進(jìn)行了以下幾部分研究工作。
　　首先，針對(duì)FSO通信系統(tǒng)在近地大氣層工作時(shí)，系統(tǒng)性能容易受外界氣象及環(huán)境因素影響的問題，特別是路徑損耗、大氣擾動(dòng)和未對(duì)準(zhǔn)差錯(cuò)會(huì)造成系統(tǒng)性能嚴(yán)重下降。為有效解決這一棘手的問題，將多輸入多輸出(Multiple Input

5、 and Multiple Output，MIMO)技術(shù)引入到CO-OFDM系統(tǒng)中，充分利用系統(tǒng)的分集增益，設(shè)計(jì)了基于MIMO技術(shù)的CO-OFDM FSO系統(tǒng)。
　　除此之外，本論文詳細(xì)考慮了大氣擾動(dòng)、路徑損耗和未對(duì)準(zhǔn)差錯(cuò)等各種可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成不利影響的因素，在此基礎(chǔ)上建立了聯(lián)合信道模型，并詳細(xì)分析了系統(tǒng)在該信道模型下系統(tǒng)的誤碼率與中斷概率性能，推倒出了系統(tǒng)在該信道模型下采用不同信號(hào)合并方式時(shí)的誤碼率與中斷概率的閉合表達(dá)式，最后通

6、過Matlab解析計(jì)算，更直觀地得出了不同發(fā)射端數(shù)目、接收端數(shù)目以及不同信號(hào)合并方式對(duì)系統(tǒng)性能的影響。
　　最后，基于極化編譯碼理論的CO-OFDM設(shè)計(jì)方案，給出了CO-OFDM中的極化碼編譯碼原理與過程分析，在保證CO-OFDM系統(tǒng)的高傳輸速率的同時(shí)降低了ICI對(duì)系統(tǒng)性能的影響，使該通信系統(tǒng)能有效抵抗因線性與非線性損耗，更加適用于高速率遠(yuǎn)距離傳輸，同時(shí)兼顧了系統(tǒng)的復(fù)雜度和有效性，并在不同編碼長(zhǎng)度與不同OFDM子載波數(shù)目下得出仿真