[01364675]双gamma衰落湍流信道下大气信道传输特性研究

基于项目研究,完成了双gamma湍流信道下大气信道传输特性的研究,形成了一套较完整的无线光通信大气影响形式及机理分析理论,研究成果促进本领域的技术发展,为无线光通信系统的设计提供理论依据和实用技术参考,为完善我国通信事业,加快我国未来通信的建设提供有力支持。 （1）湍流效应及大气信道模型。当激光在湍流大气中传播时,大气湍流造成的折射率起伏导致激光波阵面的畸变,破坏了激光的相干性,而相干性的退化将严重削弱激光的光学质量,因其光线的随机漂移、激光能量在光束截面上重新分布（畸变、展宽、破碎等）、激光实际传播路径长度的起伏,给通讯信号引进了噪声,激光束的随机漂移给光通讯的接收带来了困难,亟待解决。项目研究了大气信道衰减特性对自由空间光通信的影响,包括大气吸收、散射等;分析了湍流效应的物理成因及影响机理;研究了大气对光波的吸收特性,寻找到了适合FSO通信应用的“大气窗口”;采用统计理论方法,通过建立结构函数,概率分布,频谱特性等参数模型,建立了大气信道传输模型,包括大气衰减模型和大气湍流模型。 分析了对数正态分布,双Gamma分布和负指数分布模型的特性及适用范围。其中,对数正态分布模型最为常用,在弱湍流区,该模型能很好的符合实验数据,但是强湍流区,对数正态分布模型与实验数据有较大的偏差,并且在尾部尤为明显,这将直接影响最佳接收判决门限的选择和误码率的分析。 给出对数正态分布与Gamma-Gamma分布结果,解释了Gamma-Gamma模型对大气湍流描述的宽适用性,得出了双Gamma分布模型适用湍流范围较广,验证了对数正态分布只是适用于弱湍流情况,负指数分布仅适合于强湍流条件。 （2）FSO-OFDM系统。在分析无线激光通信（FSO）存在两种主要的大气信道问题的基础上,针对激光大气信道问题尤其是在复杂湍流环境下的频率选择性衰落问题和多径效应问题,提出了基于正交频分复用（OFDM）的湍流效应抑制方法。研究了OFDM信号数学模型,完成基于OFDM调制技术改进FSO系统的方案设计,搭建了FSO-OFDM基带模型,构建了无线光正交频分复用通信系统,并基于该模型研究了该系统的基带模型以及信号的多载波调制与解调方法;此外,实验研究了FSO-OFDM调制对信号星座图和眼图的影响,验证了FSO-OFDM实现点对点通信的可行性,分析了无线激光信道对光OFDM信号的影响,获得系统误码率值,验证了FSO-OFDM系统具有较好的抗码间串扰的性能,其误码率低于单载波调制系统。 结果表明：1)FSO-OFDM系统误码率低于单载波QPSK系统误码率;码间串扰对FSO-OFDM调制系统的影响低于对单载波QPSK调制系统的影响;2)无线激光信道对光OFDM信号传输存在一定影响,由于大气衰减和大气湍流的作用,随着通信距离的增加这种影响愈加明显。 （3）光OFDM信道估计。无线光OFDM信道主要受灰尘、雨雪、雾等粒子散射的影响,大气信道不像有线信道那样固定并可预期,而是具有较大的随机性,导致信号经过大气信道后会产生失真,时延也会影响OFDM符号,依靠提高发射功率抑制光信号的衰减影响效果也不明显。 研究了基于LS、MMSE等的无线光OFDM信道估计及信道分配的常用算法,以及FSO-OFDM信道估计中的内插算法,具体分析了基于LMS的半盲信道估计算法对系统性能的改善率,采用Monte Carlo方法对其进行验证,给出了一个OFDM符号上所有子载波的信道估计值对真实信道值的跟踪曲线,还对系统误码率进行了分析,给出了未采用信道估计系统和采用LMS信道估计系统的误码率曲线,结果表明,经过LMS信道估计后系统误码率可得到大约2dB的改善。