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)的無線通信，無線光通信具有無需頻譜認(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，并且在近幾年引起了廣泛的關(guān)注。而對于室外場景中的無線光通信，散射通信能夠很好地應(yīng)用在收發(fā)機無法完全對準(zhǔn)，或者直射鏈路存在遮擋物的場景中。然而，不同的大氣環(huán)境對于散射通信信道影響有很大差異，接收端的信號也會具有很強的隨機性。同時，針對于紫外散射通信，接收到的信號往往非常微弱，這與傳統(tǒng)的光通信或者無線通信又有很大不同。因此，針對于散射通

2、信的信道特性以及系統(tǒng)性能分析和優(yōu)化的研究對于進一步研究有重要意義。
　　本論文針對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，接收端市場角），仿真了路徑衰減的變化情況?？紤]對于發(fā)射端發(fā)射光束進行光束整形，發(fā)能夠提高散射通信信道增益。同時，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度分布，發(fā)現(xiàn)此二維分布的等強度線能用橢圓曲線很好的擬合，并且進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

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

5、給出了兩種接收機模型
　　考慮基于PMT的連續(xù)信號檢測，考慮對應(yīng)的高斯泊松聯(lián)合分布，給出了對應(yīng)系統(tǒng)可達速率的上下界，以及基于分段近似的最大后驗概率檢測。同時考慮基于其接收信號的特性，構(gòu)造了個一個非理想光子計數(shù)器，并對其中ADC的量化閾值進行了優(yōu)化。
　　考慮基于上升沿的脈沖計數(shù)器。利用脈沖保持保持電路，PMT輸出的窄脈沖經(jīng)過此電路后變成一個有固定寬度的方形脈沖。而接下來對其上升沿進行檢測，得到一個符號時間內(nèi)的光子數(shù)。針對于這