自由空間光通信鏈路分布式天線陣接收性能研究.pdf

1、自由空間光通信具有大通信容量、高速傳輸率、高抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)受到了國(guó)際上廣泛的關(guān)注,然而大氣湍流是自由空間光通信鏈路系統(tǒng)的主要限制因素。大氣湍流造成到達(dá)角起伏、光強(qiáng)起伏、相位起伏、光束漂移和波前畸變等效應(yīng),嚴(yán)重影響通信系統(tǒng)的接收性能。分析大氣湍流對(duì)接收系統(tǒng)的影響和提高接收端的接收信號(hào)總功率成為提高通信系統(tǒng)接收端的接收性能的關(guān)鍵因素,因此本文針對(duì)大氣湍流對(duì)通信系統(tǒng)接收端的接收性能的影響進(jìn)行了研究,重點(diǎn)對(duì)平面波在大氣湍流中水平傳輸和

2、斜程傳輸分別做了詳細(xì)的分析,并分別得出在兩種不同的傳輸模式下最佳的天線陣接收參數(shù)。此外,選取了不同的大氣信道模型,對(duì)弱、中、強(qiáng)三種大氣湍流下的通信系統(tǒng)接收端的天線陣參數(shù)的選取和天線陣接收下的誤碼率性能進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。具體內(nèi)容如下:
　　首先,基于電磁波理論,我們分析了接收光學(xué)天線的重要參數(shù)及天線陣列特性與提高天線增益的關(guān)系,對(duì)比了單個(gè)天線和天線陣的接收性能。得出天線陣接收提高天線增益優(yōu)于單個(gè)天線接收,相同的天線陣接收面積

3、下,不同的子天線個(gè)數(shù)的天線陣增益大小不同,在接收面積不相同的情況下,最佳的接收子天線的個(gè)數(shù)也不同。
　　其次,我們分別分析了光波在不同大氣湍流水平傳輸和斜程傳輸下的光強(qiáng)閃爍。采用修正的 Rytov方法,推導(dǎo)了在零內(nèi)尺度下,光波在大氣湍流中斜程傳輸下的強(qiáng)度協(xié)方差函數(shù)公式,并給出了考慮內(nèi)外尺度下,水平傳輸時(shí)的強(qiáng)度協(xié)方差函數(shù)表達(dá)式。利用孔徑平均理論,分析了分布式天線陣接收性能與孔徑平均因子的關(guān)系,分別得出光波在中湍流水平和斜程傳輸下的分

4、布式天線陣的最佳子天線個(gè)數(shù)、間距和口徑。
　　最后,基于Gamma-Gamma信道模型,我們采用MZI-DPSK調(diào)制方法和天線陣接收選擇合并比(SC)技術(shù),分析大氣湍流引起的振幅起伏對(duì)誤碼率的影響,并給出考慮大、小湍流尺度情況下的誤碼率表達(dá)式。此外,我們采用逆高斯信道模型,分析了大氣湍流引起的強(qiáng)度閃爍和相位噪聲對(duì)誤碼率的影響,我們采用分布式天線陣最大比合并(MRC)接收技術(shù),研究了大氣湍流下自由空間光通信鏈路的誤碼率性能,推導(dǎo)了在