大气湍流与平台微振动影响下的星地激光通信性能

大气湍流与平台微振动的存在会导致星地激光通信链路的随机信道衰减,使通信质量无法得到保证.为了研究大气湍流与平台微振动共同影响下的星地激光通信性能,建立了联合星地激光链路随机衰减模型,并基于二进制相移键控调制、外差相干接收给出了该模型下系统平均误码率的闭合表达式.仿真分析了不同星地激光通信系统参数对系统误码率性能的影响,...     

弱湍流条件下大气光通信的阈值优化方法

大气湍流引起的闪烁效应会严重影响大气光通信系统的性能。自适应判决阈值技术虽然可以有效改善大气光通信系统的误码率（BER）,但是难以进行实时应用。提出了一种根据各种参数统计值,将阈值设置为常量的阈值优化方法。主要考虑乘性高斯噪声并假设闪烁满足对数正态分布,分析了湍流信道中大气光通信系统的最优常量阈值,并将数值分析结果与弱湍流条件下的实验数据进行对比。对比的结果显示,最优常量阈值方法是有效可行的,相对于自适应阈值的性能降低也是可以接受的。分析还显示,在忽略孔径平均效应条件下,最优常量阈值主要取决于对数光强起伏方差和平均接收光功率,而其他参数的影响基本可以忽略。基于分析结果,提出了可以在实际应用中估计最优常量阈值的非线性模型。     

星地链路激光通信地面站址选择及大气影响研究

综合考虑我国方量的地理分布和气候特点,提出了一项星地激光通信的地面多址布站方案,仿真分析了大气散射引起的衰减及大气湍流对星地链路的影响。利用卫星工具包(STK)软件分析了地球静止轨道(GEO)卫星与5个地面站的链路特性。结果表明,西藏的阿里站同时具有最理想的经度和纬度,地平角为52°,最有利于开展星地激光通信。在一定天气条件下,随着波长的增加,对应的散射引起的功率衰减减小;随着能见度的降低,大气散射引起的光功率平均衰减增加;随着地平角的升高,大气引起的功率平均衰减减小;波长越长,闪烁指数越小;随着接收孔径直径的增大,闪烁指数快速减小;随着海拔高度的增加,闪烁方差减小。该研究为星地激光通信外场实验提供了一定的理论依据。     

湍流大气中光强闪烁对光通信链路的影响

给出了用大气传输通信设备进行传输距离 3.4 km外场试验光强闪烁对光通信链路影响的实验结果 ,并简要分析了光强闪烁对信号检测的影响和误码原因     

面向无线光通信的大气湍流研究进展与展望

以无线光通信为切入点,首先对大气湍流的研究进展进行了阐述,解释了大气湍流及其产生的机理与传输特性.然后分析了大气湍流所引起的光束扩展、光束漂移、光强闪烁等对无线光通信的影响.最后结合无线光通信实际,给出了作者关于抑制大气湍流的若干设想,介绍了西安理工大学在大气湍流抑制领域的实验工作.虽然该方法在理论分析和工程实际中略显...     

抗湍流大气衰落的光学阵列天线特性

针对湍流大气光传输特性,研究分析了一种光学阵列接收天线的特性.光学阵列接收天线在光路上使用移相器和耦合器等光学元件对光信号进行处理合并,使天线的输出信号的信噪比最大;根据对天线分析计算得到的信号分布特点,在天线合理分配安装和使用小尺寸透镜时,可增大光学系统视场角.经过仿真计算,与单透镜在相同接收条件下的接收端信号的信噪...     

基于大气折射效应的星地背景光误码率分析

研究了大气折射效应对星地量子密钥分发(QKD)系统的背景光误码率的影响,研究过程中考虑了白天晴天、满月夜晚和无月夜晚三种不同的背景光条件。建立了分层结构的星地QKD信道传输模型,模拟大气折射效应对信号传输距离的影响;基于此模型仿真分析了考虑和忽略大气折射效应时只考虑背景光的误码率随天顶角的变化趋势。结果表明:忽略大气折射效应将对背景光误码率产生较大的影响,此外在无月夜晚背景光条件下可以获得相对最低的误码率。     

孔径不匹配在星地光通信中对对准信息的影响

介绍了星地光通信中因地面站激光发射天线孔径和光探测器孔径不匹配而引起的对准误差。通过相位屏数值模拟大气湍流效应,分析了大气湍流效应对对准误差的影响,并分析在两孔径为同心及非同心情况下,随孔径大小的变化对准信息误差的变化趋势,指出了合理的孔径配置。     

星地激光通信中克服大气湍流效应研究进展

星地激光通信的关键问题是克服大气湍流效应对激光载波信号传输的影响。信号光束经过长距离大气信道传输后,相位不完整,波面受到畸变,导致接收端系统在解调信号过程中,通信误码率降低。根据国内外星地激光通信的研究进展和实验情况,介绍了几种克服大气湍流效应对高速率星地相干通信影响的方法及其原理。重点分析基于差分相移键控(DPSK)调制和干涉原理的相干探测技术在解调相位信息时克服大气湍流效应方面的优势,并对其进行了总结和展望。     

无线光通信大气信道特性测试方法研究

大气信道是影响无线光通信质量的主要方面,为了全面掌握目前出现的信道测试方案,采用归纳总结和对比分析的方法,并结合实际测试,对信道测试方法进行研究。从大气衰减效应、光强闪烁效应以及光束漂移效应三方面测试内容出发,研究了各自运用的测试方法,并给出了相应的示意图,同时对比分析各自的优缺点,为采取合适的大气信道测试方法提供理论依据。     

Performance limitation of laser satellite communication due to vibrations and atmospheric turbulence: down‐link scenario

In this paper, we analyse the effects of vibrations and the atmosphere on the performance of a broadband laser inter‐satellite link (BLISL) which was studied within the framework of the BLISL joint Israeli–German applied research project. The use of optical radiation as a carrier between satellites and in satellite‐to‐ground links enables transmission using very narrow beam divergence angles. Due to the narrow beam divergence angle and the large distance between the satellite and the ground station or airplane the pointing is a complicated process. Further complication results from vibration of the pointing system caused by two fundamental mechanisms of a stochastic nature: (1) tracking noise created by the electro‐optic tracker and (2) vibrations caused by internal satellite mechanical mechanisms. Additionally an inhomogeneity in the temperature and pressure of the atmosphere leads to variations of the refractive index along the transmission path. These variations of refractive index as well as pointing vibrations can cause fluctuations in the intensity and the phase of the received signal leading to an increase in link error probability. In this paper, we develop a bit error probability (BEP) model that takes into account both pointing vibrations and turbulence‐induced log amplitude fluctuations (i.e. signal intensity fading) in a regime in which the receiver aperture D₀ is smaller than the turbulence coherence diameter d₀. Our results indicate that BLISL can achieve a BEP of 10^?9 and data rate of 1Gbps with normalized pointing vibration of G_T*σ_θ²=0.05 and turbulence of σ_X=0.3. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

斜程湍流大气光通信信道的单光子轨道角动量

研究了基于单光子轨道角动量技术的量子光通信系统的大气湍流效应,动用Rytov近似和修正von Kamm折射率起伏谱,建立了单光子轨道角动量斜程湍流大气通信信道中轨道角动量l的测量概率理论模型。本文同时给出了量子信道的单光子轨道角动量平均值l=〈l〉的计算关系。     

空间光通信的时间平滑实验研究

为了给空间光通信的瞄准捕获跟踪链路的设计提供参考,实验研究了强湍流区的大气闪烁时间平滑效应,并考虑大气闪烁和瞄准抖动误差,分析了空间光通信的跟瞄链路的强度起伏统计规律;在此基础上,分析了时间平滑对链路衰落起伏的改善作用.实验研究结果表明,随着曝光时间的增加,强湍流区的大气闪烁起伏幅度减小,当曝光时间达到几十毫秒时,强湍流区的大气闪烁起伏服从对数正态分布;在确保空间光通信系统的链路跟踪中断概率小于10-3以下,采用时间平滑可以使所需的衰落冗余减少15dB～20dB.     

大气衰减效应对光通信影响及仿真分析

为了准确把握近地光通信时大气因素的作用机制和影响效果,有效提升通信质量,考虑针对首要影响因子——大气衰减效应进行建模、分析和仿真。首先细化了衰减效应分类,然后结合大气参数和类别特点建立了相关描述模型;在此基础上,利用大气窗口下的光通信常用波段进行了模型仿真和分析。主要结果表明,长波长激光和高海拔通信有利于光通信的进行,而大高差斜距通信模式则需要规避。这些结论的得出为大气光通信信道模型的建立以及光通信的开展提供了参考和依据,具有一定的指导意义。     

舰船激光通信中大气湍流对系统误比特率的影响

为了研究舰船激光通信系统中采用多光束发射与接收技术时,大气湍流对系统误比特率造成的影响,采用了对激光在大气湍流场中的传输方程进行解析求解的方法,忽略系统中其它噪声,仅考虑由大气湍流引起的系统误比特率,得到了在不同发射天线数目和相关系数条件下,传输距离、大气信道间距、对数振幅方差和系统误比特率的关系.结果表明,在弱起伏条件下,随着发射天线数目的增多或相关系数的减小,系统误比特率减少很快;湍流强度增大,系统误比特率增加;传输激光波长增大,系统误比特率降低;当发射天线数目一定时,随着大气信道间距变大,系统误比特率降低.     

LEO星地Wi-Fi方案设计与验证

低轨(LEO)卫星到地面之间的无线保真(Wi-Fi)通信系统当前已经获得了广泛关注.针对LEO卫星信道的高误码、长时延等特点,采用导频插入、选择重传、帧聚合等方法对IEEE802.11 g进行改进,并在开放式无线接入研究平台(WARP)v3上完成了改进方案的设计.对改进后方案的多普勒频偏性能、远距离传输速率以及高速移动条件下的传输速率等系统性能进行测试的结果表明,改进后方案在复杂信道环境下可以获得比商业Wi-Fi更好的系统性能.通过模拟验证改进方案的系统性能,证明了基于LEO卫星的Wi-Fi卫星通信系统的可实现性.     

大气湍流对盖革光子探测测距精度影响的研究

回波光子到达时间的随机性限制了盖革光子测距系统的测距精度,大气湍流加剧了这种随机性,降低系统测距精度。根据回波光子探测的调制泊松概率模型,分析了距离门内各探测时隙的概率分布,利用回波光子可识别区域内探测时隙的归一化概率,建立了存在大气湍流影响时测距精度的理论模型,研究了大气湍流对测距精度的影响。理论分析结果表明,大气湍流降低系统探测概率和测距精度,当回波强度为1,湍流参数为2.5时,与无大气湍流影响情况相比,系统距离精度和准确度下降达4.2 cm和14 cm,且湍流越强,目标探测概率越低,虚警率越高,距离精度和准确度越低。     

舰船激光通信中大气湍流对系统误比特率的影响

为了研究舰船激光通信系统中采用多光束发射与接收技术时,大气湍流对系统误比特率造成的影响,采用了对激光在大气湍流场中的传输方程进行解析求解的方法,忽略系统中其它噪声,仅考虑由大气湍流引起的系统误比特率,得到了在不同发射天线数目和相关系数条件下,传输距离、大气信道间距、对数振幅方差和系统误比特率的关系。结果表明,在弱起伏条件下,随着发射天线数目的增多或相关系数的减小,系统误比特率减少很快;湍流强度增大,系统误比特率增加;传输激光波长增大,系统误比特率降低;当发射天线数目一定时,随着大气信道间距变大,系统误比特率降低。     

大气湍流对激光通信系统误码率影响的研究

基于Kolmogorov和Rytov的大气湍流理论模型,考虑到大气湍流引起的强度闪烁对激光通信系统性能的影响,得到了用于描述强、弱湍流条件下误码率的理论模型,数值模拟了湍流强弱和激光波长对通信系统误码率的影响.结果表明:中强湍流区对信噪比的影响明显大于弱湍流区,随着传输距离的增加,系统的误码率迅速增大并最终趋于饱和;当...     

基于LDPC码和BPPM的无线光通信系统性能研究

为了克服光在弱湍流大气条件传输时,光强闪烁造成的突发错误,在已知信道衰落信息(CSI)和未知信道衰落信息(NCSI)条件下,研究了基于低密度奇偶校验(LDPC)码和二进制脉冲位置调制(BPPM)的无线光通信系统性能,论述了BPPM光通信信道对称性的特点,并与基于LDPC码和OOK调制的光通信系统性能进行了比较。结果表明,在NCSI和CSI情况下,基于LDPC码和BPPM的光通信系统相对于基于LDPC码和OOK调制的系统均有更优异的差错性能;在NCSI情况下,基于LDPC码和BPPM的光通信系统的性能相对于CSI情况下的系统性能损失并不大;且采用LDPC码BPPM相对于LDPC码OOK调制的光通信系统,随着湍流强度的增大系统性能损失较小。因此,基于LDPC码和BP-PM的光通信系统在不需要信道衰落信息估计的情况下,能获得较大的编码增益,便于工程实现,在无线光通信中将有一定的应用前景。