一种大气激光通信系统抗干扰调制/解调技术

空间光通信以大气为介质进行信息传输时,不可避免地受到大气散射、大气湍流及背景光等因素的影响。针对大气信道对通信质量的影响,提出了基于激光偏振态参数的调制与解调技术,设计了一种基于偏振移位键控(PolSK)的大气激光通信系统并对其原理进行了简要分析。该通信系统采用偏振移位键控的调制方式,即利用圆偏振光的两种旋态(左旋和右旋)进行编码、调制从而实现数据的传输,接收端采用平衡探测方法进行光信号解调。对系统性能进行仿真分析,结果表明,基于激光偏振态参数的调制与解调技术在抗大气环境干扰、提高数据传输速率和降低误码率等方面具有优越性,在未来的空间激光通信领域有广阔的发展空间和应用前景。     

湍流尺度对大气激光通信系统误码率的影响

介绍了采用多光束传输技术的激光通信系统模型,分析了考虑湍流内尺度条件下,大气湍流对系统误码率造成的影响.根据激光在大气湍流场中的传输方程和修正Rytov方法的光强闪烁理论,主要探讨了在考虑湍流内尺度效应的条件下,湍流内尺度、传输激光的波长以及大气折射率结构常数对系统误码率的影响.用MATLAB对其影响进行了数值模拟,并对结果进行了具体分析.结果表明:在中强起伏区,湍流内尺度对系统的误码率具有重要影响,在相同Rytov方差条件下,湍流内尺度越小,系统误码率越高;同时误码率还随着传输激光的波长以及大气折射率结构常数等的变化而变化.     

到达角起伏对上行星地激光通信系统性能的影响

在Kolmogorov湍流模型下,建立了到达角起伏对星地激光通信误码性能影响的理论模型。基于该模型,推导了星地激光通信系统误码率的闭合表达式。综合考虑光强闪烁、光束漂移和到达角起伏,推导出三者共同作用下,星地系统上行链路的接收光强概率密度解析式以及误码率的闭合表达式。文中采用的调试方式是适合星地激光通信的相干探测圆偏振调制。针对上行链路,仿真分析了弱、中、强湍流下,三者共同作用时,星地激光通信系统的误码率,并与不考虑到达角起伏条件下进行了比较。还分析了到达角起伏与误码率的变化关系,以及在考虑发射功率受限的条件下,三者共同作用对系统性能的影响。研究结果表明,除了光强闪烁和光束漂移以外,到达角起伏也是通信性能中不可或缺的因素。     

大气闪烁对无线激光通信效能的影响

由于大气湍流的存在,使激光信号在大气传输中产生振幅的随机起伏,称为大气闪烁。大气闪烁将引起激光通信误码率的增加。由光强起伏大小的统计规律和通信基本原理推导出了弱湍流条件下由光强闪烁引起的误码率计算公式,分别建立了地面水平链路和地-空斜向链路中的大气闪烁误码率模型,对模型进行了仿真,分析了湍流强弱、信号调制方式、链路距离、激光波长及地面发射仰角对闪烁误码率的影响,得到了闪烁误码率的变化规律。结果表明,通过合理选择信号调制方式、激光波长、站址位置及地面发射仰角等方式能够有效地降低大气闪烁误码率,提高通信可靠性。     

强联合大气湍流下到达角起伏时间频率谱分析

考虑到折射率结构常数和传输距离对星地链路激光通信质量的影响,本文在修正Rytov 方法的基础上,根据星地链路的实际情况,建立了强联合大气湍流模型;并采用谱分析法,得出适用于强湍流区的到达角起伏时间频率谱表达式;最后,分析了对流层Kolmogorov湍流和平流层Non-Kolmogorov湍流对星地链路瞄准捕获跟踪的联合影响.结果表明:大气湍流对星地链路激光通信具有显著影响,且对流层的影响远小于平流层;适当增大接收孔径和频率,可以有效降低大气湍流对星地链路稳定性和可靠性的影响,从而提高星地链路的通信质量.     

大气湍流对激光通信系统影响的数值模拟

从大气湍流对激光传输的影响出发,在Rytov和Tartaskii理论模型的基础上,得到激光通信系统的信噪比(SNR)、误码率(BER)和光强起伏之间的关系,并对信噪比和误码率在不同湍流强度、不同波长下随传输距离的变化进行了数值模拟。结果表明：大气湍流对系统误码率和信噪比均有明显的影响,且对误码率的影响超过信噪比占主要地位,在不同湍流强度下,误码率随着湍流强度的增加起初以指数形式迅速增长,最后趋于同一值,传输的最大距离有显著的变化,使用长波长的激光可以增加信号传播的有效距离,提高激光的通信质量。     

基于阵列接收机的大气激光通信系统性能研究

在Rytov的激光大气湍流传输理论基础上,考虑到大气湍流引起的强度起伏、孔径平均效应和阵列接收机数量对激光通信系统性能的影响,建立了描述基于阵列接收机系统的孔径平均因子、有效信噪比和误码率的数学模型,数值模拟了湍流强弱、孔径尺寸和接收机数量对系统通信质量的影响。结果表明:中强湍流区对误码率和孔径平均因子的影响明显大于弱湍流区,大尺寸接收孔径可以有效减小强度起伏。当湍流强度一定时,增加接收机的数量可以大幅提高系统的信噪比和有效通信距离,对工程上提高激光通信的质量具有一定的指导意义。     

海洋大气湍流对激光通信系统性能的影响分析

大气湍流引起光波强度在光束截面内的闪烁,降低了激光通信系统的信噪比.应用基于Rytov近似的激光大气传输光强起伏理论模型,在局地均匀各向同性Kolmogolov湍流谱的假设条件下,对大气湍流引起的光强起伏进行了分析.并从信号检测理论出发,将大气湍流与激光通信系统误码率指标相结合.分析结果表明,在典型的海洋大气湍流环境下,以误码率指标衡量,随着C2n的增加,激光通信系统的有效作用距离大大缩短,当C2n达到5×10-15m-2/3时,通信的有效距离不足2 km,当C2n达到3×10-14m-2/3时,通信的有效距离降至1 km以下.     

自由空间光通信在大气信道下的通信性能分析

大气信道环境是影响自由空间光通信性能的主要因素。针对近地激光通信和星地激光通信2种应用场景,分别对雾、雨、雪等近地环境下的大气衰减信道,以及压强、速度和温度星地环境下的大气湍流信道进行了理论建模,并对2种通信信道下的误码率进行研究,对比了不同调制格式在Gamma-Gamma分布信道模型下的通信性能。通过理论推导和系统仿真,分析了大气透射率、大气折射结构系数以及信噪比对通信距离与通信性能的影响。仿真结果表明,短距离通信时采用适当的较高调制格式能有效地抑制大气湍流的影响。     

大气湍流对激光信号影响的数值模拟

为了分析大气湍流对传输在其中的激光信号的影响,依据随机信号与随机过程的相关理论,推导出无线激光通信系统的信噪比（SNR）、误码率（BER）的计算公式,探讨闪烁指数、大气结构常数以及激光波长对信噪比、误码率的影响,并且对信噪比和误码率在不同大气结构常数、不同激光波长下随传输距离的变化进行了数值模拟。结果表明：弱起伏条件下,闪烁指数的增大会导致通信质量的降低;大气湍流对激光通信系统的信噪比和误码率都有显著影响,对比不同激光波长对系统的影响发现,选用长波长激光信号可以增加信号传输的有效距离,抑制系统误码率的增长,改善无线激光通信系统的通信质量。     

基于极化码的无线光通信副载波误码性能分析

提出了一种基于极化码的无线光信道副载波调制方法,给出了极化编译码的具体算法过程,并将其应用于无线光通信系统。在不同大气湍流强度下,对系统的差错性能进行了仿真分析,其重对基于极化码的二相相移键控和四相相移键控两种调制方法的误码率进行了对比,结果表明,采用极化码的副载波二相相移键控调制系统的性能优于四相相移键控系统。最后,实验比较分析了极化编码前后副载波调制系统的误比特率,结果表明,在无线光通信大气湍流信道模型下,采用副载波极化码编码调制技术可使误码率性能改善一个量级。     

A high‐speed long‐haul wavelength division multiplexing–based inter‐satellite optical wireless communication link using spectral‐efficient 2‐D orthogonal modulation scheme

In this work, we propose a novel multi‐bit/symbol spectral‐efficient optical orthogonal modulation scheme based on simultaneously modulating differential quadrature phase shift keying (DQPSK)‐polarization shift keying (PolSK) in a 16‐channel wavelength division multiplexing (WDM)‐based inter‐satellite optical wireless communication (IsOWC) system. Through numerical simulations, we demonstrate a reliable transportation of 16 × 100 Gbps information over 25 000 km of transmission range with acceptable bit error rate (BER) using the proposed system. Further, the impact of space turbulences (ie, pointing error losses) on the BER performance of the proposed IsOWC link has been evaluated using numerical simulations. The simulation results report a successful transportation of information up to 2.7 μrad receiver pointing error angle with acceptable performance.     

软切换链路下的混合编码与副载波调制方案

为了提高自由空间光/射频（FSO/RF）混合通信链路的性能，采用混合低密度奇偶校验（LDPC）编码与副载波相移键控/正交振幅调制（PSK/QAM）联合调制的方法，对不同传输比例下混合系统的误比特率性能进行了仿真分析，取得了不同信道条件下单链路和混合链路传输方案的误比特率数据。结果表明，在弱中强湍流条件下采用副载波二进制相移键控（BPSK）调制，相比开关键控（OOK）调制可获得大约4.4dB~5.2dB的增益。采用软切换的混合LDPC编码与副载波BPSK/16QAM调制方案，依据链路状态调整比例为1:1和3:1时，不同湍流强度下可获得大约0.3dB~7.4dB的性能增益。这一研究结果对于提高FSO/RF混合通信系统的全天候高效可靠传输性能具有重要的参考价值。     

BER performance evaluation for CPFSK phase and polarizationdiversity coherent optical receivers

The following methods of continuous phase frequency shift keying (CPFSK) signal demodulation are compared for phase and polarization diversity receivers: single filter, dual filter, delay and multiply. Bit error rate (BER) values are obtained in each case showing that for negligible laser linewidths the delay demodulation method outperforms the dual-filter method by approximately 3 dB, and the single-filter method by 6 dB. Since the noise bandwidth for minimum-shift keying (MSK) and delay demodulation is approximately twice as small as for the other methods, one should add another 3 dB to get the gain for that modulation/demodulation method. The influences of nonzero laser linewidth, noise correlation, and the nonGaussian character of the probability density functions of the noise at the sampler are taken into account     

Performance enhancement of BPSK-SIM- and DPSK-SIM-based FSO downlink over atmospheric turbulence using aperture averaging and receiver diversity

In this paper, we evaluate the bit error rate (BER) performance of a free-space optical satellite downlink by considering the atmospheric turbulence effects using binary shift keying subcarrier intensity modulation and differential phase shift keying subcarrier intensity modulation (DPSK-SIM). The performance of the link is enhanced using aperture averaging and receiver diversity. The closed form mathematical expressions of BER for BPSK-SIM and DPSK-SIM schemes are derived and analyzed. It is observed that on varying the turbulence level, the performance of the link degrades when the turbulence level increases. The improved BER of 10^?12 and 10^?10 at signal-to-noise ratio of 30 dB of the link for both BPSK-SIM and DPSK-SIM is obtained by using aperture averaging (aperture diameter, D?=?10 cm) and receiver diversity with optimal combining.

     

NCFSK bit error rate in the presence of unsynchronised co-channelinterferers

The bit error rate (BER) of binary non-coherent frequency shift keying modulation in the presence of multiple unsynchronised co-channel interferers (UCCIs) and Gaussian noise is investigated. It is found that the BER with UCCIs is generally lower than that with synchronised co-channel interferers (SCCIs). The difference between UCCI and SCCI signal-to-interference ratios required to achieve the same BER performance (<10^-2) increases with the number of interferers     

可见光多天线空分键控技术研究

空分键控是一种新型的空间复用技术,每个时刻只有一个发送天线工作,携带信息的是天线的位置而非发送符号本身,因此该种方法频带利用率较低。为了提高频带利用率,基于广义空间调制的概念,提出了光多天线空分键控调制方法,这种调制方式中每个时刻有多个天线同时工作。首先建立了可见光通信中的多天线空分键控系统模型,并对其误码率性能进行了分析,然后由此为依据提出了一种基于最小距离最大化准则的天线选择算法以获得误码率性能的增益,最后通过蒙特卡罗仿真验证了该天线选择方法的有效性。      

Analysis of asynchronous FFH-MA systems with a hard-limited combining in Rayleigh fading

The bit error rate (BER) performance of the asynchronous fast frequency hopping multiple access (AFFH-MA) system with multiple hops per symbol is investigated considering the noncoherent M-ary frequency shift keying (MFSK) modulation and hard-limited linear combiner in Rayleigh fading. We present a method for the accurate evaluation of the BER of the AFFH-MA system, and verify the analytic works by Monte Carlo simulations.