自由空間光通信中相干OFDM及其多跳系統(tǒng)研究.pdf

1、自由空間光通信(FSO)被認(rèn)為是“最后一公里問題”切實(shí)可行的解決方法，因?yàn)槠鋫鬏斔俾矢?、可用頻帶寬、低功率損耗以及保密性好等優(yōu)點(diǎn)引起了學(xué)術(shù)界廣泛地關(guān)注。此外，F(xiàn)SO系統(tǒng)還具有抗干擾能力強(qiáng)、無需頻譜許可以及協(xié)議透明性等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)FSO系統(tǒng)的光信號(hào)在大氣信道進(jìn)行傳輸時(shí)，大氣隨機(jī)波動(dòng)產(chǎn)生的大氣湍流效應(yīng)，造成光強(qiáng)起伏和相位噪聲，嚴(yán)重影響自由空間光通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量，此外由發(fā)射端和接收端未瞄準(zhǔn)帶來的瞄準(zhǔn)誤差以及由光信號(hào)透過大氣中的粒子而產(chǎn)生的吸收

2、和散射引起的鏈路損耗也會(huì)影響系統(tǒng)鏈路的性能。
　　利用正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)可以產(chǎn)生更高的數(shù)據(jù)速率，也可以有效地抑制符號(hào)間干擾(ISI)，因其抵抗頻率選擇性衰落和窄帶噪聲能力強(qiáng)，較高的頻帶利用率，可以很好的抑制隨機(jī)衰落效應(yīng)，開始逐漸出現(xiàn)在自由空間光通信領(lǐng)域。系統(tǒng)采用相干探測(cè)方式具有接收靈敏度高、平均信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際系統(tǒng)中很難保證信號(hào)光和本振光的頻率穩(wěn)定度，真正實(shí)現(xiàn)起來比較困難。
　　本文結(jié)合OFDM和相干探測(cè)

3、的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種新的基于虛擬本振的可調(diào)諧光相干探測(cè)OFDM FSO系統(tǒng)，解決了很難實(shí)現(xiàn)信號(hào)光與本振光的頻率穩(wěn)定度在較高數(shù)量級(jí)的問題。重點(diǎn)分析了系統(tǒng)的中斷性能和誤符號(hào)性能。同時(shí)，從系統(tǒng)部署和連接方面出發(fā)，研究了多跳相干OFDM FSO系統(tǒng)性能。為相干OFDM FSO系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供了理論參考。研究的具體內(nèi)容如下：
　　首先，論述了OFDM FSO系統(tǒng)的基本原理，采用適合描述所有湍流強(qiáng)度的Gamma-Gamma大氣湍流信道模型，不

4、僅考慮了光強(qiáng)起伏，也考慮了大氣湍流引起的相位誤差對(duì)該系統(tǒng)性能的影響。給出了基于虛擬本振的可調(diào)諧相干OFDM FSO系統(tǒng)的具體模型和實(shí)現(xiàn)方案。
　　其次，我們較全面地考慮了不同子載波個(gè)數(shù)下弱、中、強(qiáng)湍流引起的光強(qiáng)閃爍和相位起伏對(duì)相干OFDM FSO系統(tǒng)的中斷性能和誤符號(hào)性能的影響。利用系統(tǒng)達(dá)到一定誤符號(hào)率時(shí)所需的平均接收光功率，進(jìn)一步說明與直接探測(cè)方式相比，采用相干探測(cè)方式可以提高系統(tǒng)的靈敏度。推導(dǎo)出在不同子載波個(gè)數(shù)下系統(tǒng)中斷概率和

5、誤符號(hào)率的閉合表達(dá)式。為相干OFDM FSO系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)選擇提供了依據(jù)。
　　最后，為了擴(kuò)大發(fā)射端覆蓋范圍，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，針對(duì)串行譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)中繼傳輸方式，提出了多跳相干OFDM自由空間光通信系統(tǒng)模型。在研究大氣信道衰落模型中，主要考慮大氣湍流引起的光強(qiáng)閃爍以及由發(fā)射端和接收端未瞄準(zhǔn)偏差和路徑損耗三者的共同作用。推導(dǎo)出串行DF中繼傳輸方式下的多跳相干OFDM FSO系統(tǒng)的中斷概率和誤符號(hào)率的MeijerG函數(shù)的閉合表