基于准正交空时分组编码的空间激光通信

准正交空时分组编码(QOSTBC)是一种正交空时编码的变换编码结构,将时间分集和空间分集相结合,具有高效的分集利用率和编码效率。QOSTBC是解决大气湍流对光通信影响的有效手段之一。在研究了大气信道特性的基础上,提出一种基于QOSTBC结构和空间分集光通信系统的信道模型;介绍了QOSTBC原理,分析了系统的信道容量和误码率(BER);利用蒙特卡罗仿真比较了采用空时分集编码与未使用分集编码系统的容量及BER的情况。结果表明,使用QOSTBC系统的信道容量随发射天线数增加而递增,误码性能得到有效改善。QOSTBC与Alamouti编码系统相比系统信噪比节省约9dB,说明该系统具有编码所提供的良好信道容量和误码性能,能够有效地抑制大气湍流对光通信所产生的光强起伏影响。     

无线光通信中对角分层空时编码的研究

本文主要研究对角分层空时编码在无线光通信中的应用,并对其误码率特性进行了分析。仿真结果表明,随着收发天线数的增加,系统的信道容量几乎成倍的增长,同时误码性能有明显的改善;说明该系统具有对角分层空时编码原有的信道容量和良好的误码率性能,能够很好的保证传输质量,同时有望抑制大气的闪烁效应。     

FSO中分层空时编码的误码性能

分层空时编码(BLAST)虽然具有极高的频谱效率,能成倍提高光通信系统的信息传输速率,但BLAST系统的误码率较大,严重影响了光通信系统的可靠性。在描述了湍流信道中多输入多输出(MIMO)系统的信道模型后,针对多进制脉冲位置调制(Q-PPM)技术,推导出了采用线性译码算法时分层空时码的极大似然判决准则及其误码率公式,并比较了最大似然译码算法、线性译码算法、串行干扰消除译码算法的误码性能。最后,利用仿真实验进行了验证。结果表明:在自由空间光通信(FSO)中,串行干扰消除译码算法的误码性能更接近最大似然译码算法的性能,明显优于线性译码算法。在4×4系统中,当误比特率为2×10-2时,相对于最小均方误差(MMSE)译码算法,最大似然译码算法和MMSE-SIC译码算法的信噪比分别改善了约14.5 dB和7 dB。理论分析与实验结果相一致。     

空间光通信RS-INTERLEAVING信道编码研究

分析了空间激光通信的两种信道数学模型--自由空间光通信信道和大气激光通信信道,针对信道时变突发的特点,引入信道编码技术和交织技术,交织对发送信号进行扰码以克服大气信道相关性,Reed-Solomon(RS)线性分组码克服信道的突发错误,并进行一定程度的纠错.计算机仿真结果表明,RS编码和交织技术非常适合空间光通信信道,能大大降低系统的误码率.     

自由空间光通信中的空时网格码

讨论了无线激光通信中的空时网格码。首先设计了带有两副发射天线的4PPM-空时网格码的编码器,并介绍其设计原理和编译码方法,其次对多输入多输出大气光信道的信道容量进行了理论分析,最后通过蒙特卡洛算法对光信道容量和误码率进行仿真验证。结果表明:基于空时网格码的自由空间光通信能够减小闪烁效应对大气光通信中误码率的影响;当发射天线数目固定不变时,系统误码率随着接收天线数目的增加而减小;当收发天线数目可变时,系统信道容量随着收发天线数目的增加而增大。     

基于时频编码的自由空间光通信-正交频分复用系统模型

自由空间光通信(FSO)的信道是随机的,会受到灰尘、雨滴、雾等粒子散射的影响,正交频分复用(OFDM)调制方式可以很好地抵御大气散射的影响,但简单地将OFDM与FSO结合的系统复杂度较高.为了降低传统FSOOFDM系统的复杂度及改善系统性能,借鉴Alamouti空时编码理念,设计了一种新的时频码.依据大气信道的特点,建立了信道模型.在介绍了系统模型之后,详细地陈述了时频码的编译码方法,分析了系统误码率(BER)与信道特性关系.最后通过Monte Carlo仿真实验进一步证明了该时频码的有效性.结果表明,以雨天为例,采用该时频编码不仅可以降低FSO-OFDM系统的复杂度,而且误码性能得到了显著的提高.     

基于双模turbo码的自由空间光通信系统特性分析

在自由空间光通信(FSO)系统中,大气信道的信噪比(SNR)特性对系统的通信性能影响很大,提出了双模turbo码的编码方案.从研究大气对自由空间光通信系统的影响出发,在分析了大气信道特性后建立了大气信道信噪比和能见度的关系,详细阐述了双模turbo码的编码、译码原理.应用建立的大气信道的信噪比关系,仿真分析了大气信道的信噪比和大气能见度的关系和两种编码条件下自由空间光通信系统的误码率(BER).结果表明,对于一个实用的无线光通信系统,在要求系统的误码率低于10-5时,基于双模turbo码的系统所要求的信道信噪比比基于普通turbo码的系统的要求低1 dB.因此在相同的信噪比条件下,相对于普通turbo码,双模turbo码能有效降低系统的误码率.     

瑞利衰落下空时分组编码信道的容量

本文在分析瑞利衰落下正交空时分组码接收信噪比的基础上,得到了正交空时分组编码信道容量的表达式,并给出了在接收天线数一定的情况下,增加发送天线数所能得到的信道容量的上界。研究表明,在发送天线数一定时,瑞利衰落下正交空时分组编码信道的容量随接收天线数的增加而增加。在接收天线数一定时,信道容量也随着发送天线数的增加而增加,但当发送天线数增加到一定数量时会出现地板效应。     

无线光通信中的空时编码研究进展（二）

无线光MIMO技术结合了天线发射分集、接收分集与信道编码分集,可以显著提高信道容量。介绍了笔者在分层空时编码方面的若干研究进展,分析了误码率特性与发射/接收天线数目、检测算法之间的关系,比较了水平分层空时码、螺旋分层空时码、对角分层空时码和垂直分层空时码不同的编码方案,以及不同检测算法对不同的湍流强度的抑制作用。经分析得出:三种分层空时编码性能最好的是对角分层空时编码,其次是螺旋分层空时编码,最后是水平分层空时编码。     

一种空间相关MIMO信道下的空时预编码方案

在实际的多输入多输出（MIMO：Muhiple Input Multiple Output）移动通信系统中，信道的空间相关性通常会使得现有的空时编码方案难以获得最佳的误码性能。为了解决该问题，本文提出了一种适用于MIMO空间相关信道的空时预编码方案。该方案在完成对发射信号的空时编码后，针对发射天线的空间相关矩阵设计了合理的预编码矩阵，进而能够在保证分集增益的前提下克服相关信道的不利影响。仿真结果证实，该方案能够在一定程度上有效提高整个系统的误码性能。     

MIMO大气激光通信及其关键技术

多输入多输出(MIMO)系统在不增加频谱资源和发射功率的情况下,能够成倍提高现有系统信道容量的特点,本文将MIMO技术应用于大气激光通信。提出了基于MIMO的大气激光通信并建立了系统模型,详细的阐述了涉及到的关键技术。最后分析了该系统的信道容量变化情况,并通过仿真实验说明了信道容量及误字率与天线数量之间的关系。结果表明:随着天线数量的增加系统的信道容量增大,误码率减小,而且能有效克服大气湍流所产生的闪烁效应。同时在天线数量乘积相同的情况下,接收分集的效果要比发送分集的效果明显。     

卡塞格伦光学接收天线的设计

自由空间光通信是一种通过在自由空间传输激光信号来实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术。光学接收天线是自由空间光通信系统的关键部件。丈中分析了卡塞格伦系统作为自由空间光通信系统中光学接收天线的可行性,讨论了其设计参数间的相互关系,并在数值计算的基础上给出一个具体的设计方案。     

无线激光通信系统的研究与设计

文章从原理上分析了制约无线光通信系统的几个主要因素：大气影响、天气的影响和传输信道衰减．并提出了相应的解决办法。在分析上述因素影响的基础上给出了FSOC（Free Space Optical Communication）系统的设计方案和具体参数，并对系统的适用性进行了评估。     

对准误差对前置光放大卫星激光通信系统性能的影响

发射机及接收机的对准误差都会引起前置光放大卫星激光通信系统信号的衰落,在同时考虑发射机、接收机对准误差的条件下优化系统性能非常重要。将接收机对准误差引起的空间光耦合损耗用一个高斯函数近似,并同时考虑发射机对准误差引起的对准损耗,推导出了接收光功率概率密度的近似解析表达式,应用该概率密度函数,建立了基于平均误码率原则的前置光放大卫星激光通信系统的优化模型。仿真结果表明,在给定平均误码率要求及对准误差一定时,存在一个最佳发射光束宽度、接收天线直径及空间光耦合参数,使所需的发射功率最小,采用更大的接收天线并不能降低对发射功率的要求。     

大气弱湍流信道下松弛极化码译码方法

针对自由空间光通信中存在的大气湍流降低通信系统误码性能的问题,提出了基于松弛极化码的分段式极化码-循环冗余校验-串行抵消列表(PC-CRC-SCL)译码方法,并将其用于自由空间光通信系统中,在大气弱湍流强度下进行了仿真分析。仿真结果表明:与完全极化码的分段式CRC-SCL译码方法相比,在误码率为10-4时,基于松弛极化码的分段式PC-CRC-SCL译码方法获得0.3 dB的编码增益,且编译码的复杂度降低10%~20%,对自由空间光通信系统误码性能有明显的改善。     

空间光通信中精跟踪控制器的设计

精跟踪伺服系统设计是APT的核心技术,决定了通信链路能否建立以及通信系统的性能.针对空间光通信中压电陶瓷驱动FSM偏转具有非线性、时变不确定性和纯滞后等特性,提出变论域自适应模糊PID控制方法.引入变论域思想,并通过对输入变量加入伸缩因子的方式来实现变论域的目的,自适应能力和抗干扰能力明显增强.可有效解决稳定性与准确性的矛盾.实验结果表明:模糊PID控制算法增强了伺服系统鲁棒性,并提高了伺服系统实时性;跟踪精度可达到5μrad,对卫星平台振动和大气湍流引起信标光斑抖动有一定的抑制作用,能够满足空间光通信精跟踪精度的要求.     

大气激光通信中垂直分层空时码的研究与实现

针对垂直分层空时(V-BLAST)码存在译码复杂度高、误码性能不理想等不足,本文将串行干扰消除(SIC)算法应用于V-BLAST码的译码中,提出了一种适合于大气激光通信的分层空时(LST)编码方案。采用仿真分析和硬件实验相结合的方法,验证了本文方案的正确性和合理性。实验结果证明了在大气激光通信中采用基于SIC算法的V-BLAST编码的可行性,为进一步提高通信的传输速率、改善系统性能提供了新方法和依据。