时间误差对自由空间光通信影响的分析验证与补偿研究

doi:3D8C3147B12908995DD5940925BD108A

	时间误差对自由空间光通信影响的分析验证与补偿研究
	李亚添
学位类型	博士
导师	高慧斌
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	大气湍流激光通信时间误差指向误差
摘要	自由空间光通信(FSO)技术是利用激光束作为信息载体在大气中传输实现远距离高速通信。自由空间光通信具有容量大、数据率高、抗电磁干扰能力强、不需无线电频率使用许可等优点。大气湍流引起的光强起伏是损害大气光通信系统的主要因素之一。由于大气湍流导致光折射率随机起伏,光波通过湍流大气传输时会产生波前畸变和振幅起伏,严重影响传输光束的质量,增加通信系统的误码率,降低通信系统性能。系统除了受到大气湍流这一主要因素的影响,还受到了其它非大气因素的制约。瞄准误差就是其中的一种,发收两端平台的随机晃动会造成光束的非对准,使得到达接收端的光信号发生随机衰减,进而影响了通信链路的性能。除了大气湍流带来的接收光强起伏和瞄准误差的功率损失,时间误差也会损害自由空间光通信性能。时间误差指代信号边沿与时钟边沿之间的差值,可以分为确定性误差和随机误差。在高速通信系统中时间误差会带来判决点的漂移,造成码间串扰,在判决过程中引入更多的误码。鉴于此,本文在考虑大气湍流与对准误差的条件下,研究时间误差对大气激光通信系统的影响及补偿。首先阐述了激光通信的背景意义、研究现状。介绍了复合大气信道的模型,及对大气的模拟方法。随后研究了时间误差的模型,及其对大气激光通信系统指标的影响。然后以脉冲位置调制为例,研究了其误码性能,以及对时隙误差的估计方法和对时间误差的似然比补偿算法。最后在等效实验中产生并验证时间误差对大气激光通信系统的影响。本文主要研究工作如下:1.介绍了大气吸收、衰减、散射以及大气湍流效应,推导了指向误差的模型,并分析其对激光通信系统的影响。为了模拟大气对激光通信系统的接收端光功率的综合影响,提出了基于随机值与Markov链的大气信道模拟方法。和传统Markov链方法相比,需要较少的状态数即可模拟出与8.9km外场实验结果近似吻合的数据。2.研究了系统结构及模型,引入信干噪比作为分析的入手点,进而讨论通信指标包括信道容量、中断性能等。在分析信道容量的过程中,由于其表达式过于复杂,没有办法获得其闭合解,所以分析并推导了容量的上下限以及功率无穷大时容量的渐近界。在中断性能研究过程中,以信干噪比的门限定义了中断概率,并且给出近似闭合表达式。在信道容量和中断性能的研究中,仿真值和推导的理论值相吻合。3.研究了脉冲位置调制中,基于泊松计数过程的光子计数接收机的探测器抖动的模型,分析并推导了时隙误差对该系统平均误符号率的影响,给出了闭合表达式。然后研究了脉冲位置调制中,分别采用矩估计、最大似然估计等方法对确定性时隙误差进行估计,推导并仿真了这三种估计的方差,并与克拉美罗界做了仿真对比。然后利用对时隙误差的估计值,进行以符号为单位的对随机时间误差的似然比补偿算法。4.研究了带有时间误差的大气激光通信系统的等效实验的搭建与分析。首先给出产生带有时间误差的信号的方法,及分析时间误差的方案。然后研究了对大气湍流的模拟实验,提出了利用实验室自研的大气闪烁回放仪,实现光强模拟。随后根据大气衰落特性,设计并实现了大气激光通信系统专用的误码仪。最后搭建实验并分析了其结果。总览本文的研究内容,主要包括对带有时间误差的大气激光通信系统的分析和补偿算法,前者可以在实际系统的设计提供有效的设计输入,后者可以优化系统性能,具有一定的参考意义。
页数	167
DOI	3D8C3147B12908995DD5940925BD108A
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63898
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	李亚添. 时间误差对自由空间光通信影响的分析验证与补偿研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

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时间误差对自由空间光通信影响的分析验证与（41683KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文