对流层散射通信信道建模及系统性能仿真

对流层散射通信是一种利用对流层媒质的不均匀性来实现超视距通信的方式.在分析对流层散射信道的统计特性的基础上,根据WSSUS假设建立了快衰落特性下的散射信道仿真模型,并进行了系统性能的实验仿真.同时通过理论计算,得出了该信道误码率的理论曲线,并与仿真结果进行比较,证明了对流层散射信道模型的合理性,该模型为分析系统的性能提供了一个有效的系统平台.     

对流层散射超视距信道传输损耗快慢衰落特性研究

对流层散射通信是一种地面微波超视距传播的重要手段。针对现有对流层散射传输损耗预测模型无法描述大气环境等因素随机变化问题,该文基于电场强度的快慢衰落特性,首次开展了传输损耗的快慢衰落特性研究,建立了传输损耗分布模型,并结合ITU-R P.617-3给出了该分布待定参数的计算方法。选取了国际电信联盟公布的部分散射链路试验数据,借助正态分布的坐标图纸,验证了该分布模型的有效性,结果表明传播损耗慢衰落特性服从正态分布,可为下一步计算散射链路误码率奠定基础。此外,基于分布模型还提出一种传输损耗预测方法,并利用试验数据验证了所提方法具有较好的精度,克服了现有方法无法计算任意概率传输损耗的问题。     

海上超短波超视距对流层散射信道模型研究

传统的海上超短波电台与岸上联络主要采用的是视距方式,其性能受到极大限制,具备超视距能力的超短波通信受到广泛关注. 文中对影响目前海上超视距通信的超短波信道展开研究,并针对对流层散射传输是海上超视距通信主要模式,以及散射通信引起的多径、多普勒和损耗问题,提出运用Clarke和Jakes两种不同的模型来模拟对流层散射信道,给出超视距散射通信信道特性,并仿真了QPSK调制方式在散射信道下的误码率,得出了与理论Rayleigh衰落信道相近的误码结论,其可为后续延展分析超短波超视距通信提供重要借鉴.     

蒸发波导微波超视距信道衰落特性研究

针对利用海上蒸发波导效应的微波超视距通信,在三条不同距离跨海电路上开展了外场试验。基于测试数据,统计L、S、C和X频段超视距信道的衰落幅度、深度和速率,对比分析了蒸发波导和对流层散射信道的快衰落特性。并根据大气波导和对流层散射传播预测模型,统计比较了实测和模型预测路径传播损耗。结果表明与对流层散射信道相比,蒸发波导信道衰落幅度、衰落深度和衰落速率均较小,传播预测模型可有效的预测蒸发波导的慢衰落特性。     

MIMO技术在对流层散射通信中的性能分析

阐述了对流层散射信道恶劣的传输环境以及其多径衰落特性。介绍了MIMO技术的基本原理,分析了MIMO系统的模型以及信道容量。运用Matlab/Simulink对MIMO技术在散射通信中的性能进行了仿真。仿真结果表明,应用MIMO技术能够有效地提高对流层散射通信系统的容量和性能,降低误码率,提高通信的可靠度。     

跨山通信信道分析

"跨山通信"是通信领域研究的一个热门话题,越来越受到各国的重视。首先对2条实测链路的数据进行了分析,得到了对流层散射近距离跨山信道的损耗特性与快衰落特性;然后用matlab计算了2条典型跨山通信链路的传输损号,理论计算与实测结果误差相差在3dB以内;最后仿真了散射近距离跨山的信道模型,通过对仿真结果的分析和对比,验证了该模型建立的正确性。     

C波段蒸发波导传播衰落特征的试验研究

海洋蒸发波导是海上超视距传播的主要机制，对于海上无线电系统的设计和运行具有重要影响.利用在我国南海开展的蒸发波导环境下的C波段微波超视距传播试验数据，对比分析了不同传播距离下的路径损耗和信号快衰落分布特征.试验结果表明:随着传播距离的增大，路径损耗逐渐接近对流层散射传播损耗，主要传播机制也逐渐从蒸发波导传播向对流层散射传播过渡；5 min采样的接收信号电平快衰落分布接近为广义瑞利分布，衰落深度和衰落幅度均小于瑞利分布.所得结果对利用蒸发波导的通信系统设计具有参考价值.     

散射通信中多进制正交扩频的性能分析

针对散射远距离通信时传输损耗大的问题,采用多进制正交扩频技术。给出了系统发射、接收模型,仿真了AWGN信道下几种不同进制的误码率曲线并与理论误码率曲线进行了对比。推导了瑞利衰落信道下的误码率公式,在低速散射衰落信道下对16进制正交扩频系统进行了仿真,验证了公式的正确性,并分析了最大多普勒频移对系统的影响。给出了两重、四重分集下的系统性能。通过与传统直扩系统的性能对比,进一步说明将多进制正交扩频与时间分集技术相结合,应用到低速散射通信系统中可以提高系统性能。     

对流层气象状态对散射链路传输损耗影响分析

散射链路的传输损耗取决于对流层的大气状态,不同的气象条件使得散射链路的传输损耗不同。介绍了2种典型的对流层气象状态——湍流运动和夜间辐射逆温。在研究了这两种典型大气状态的基础之上,结合抛物方程方法,进行仿真分析。仿真结果表明,对流层的气象状态对散射链路传输损耗的影响可达34 dB,且大气波导传输模式下损耗较低,这将为高效利用大气波导传输模式提供理论指导。     

MC-CDMA调制在散射通信信道下的性能分析

为提高对流层散射通信系统容量和抗干扰能力,对散射信道下的多载波扩频方案进行研究.基于所建立的Rayleigh 分布对流层散射信道模型,分析了频域扩频多载波技术MC-CDMA的系统性能,对典型散射信道下的系统误码率进行了分析与仿真.结果表明:MC-CDMA可有效提升散射通信系统容量,单用户时系统误码率性能较好,随着用户数和散射信道多普勒频移的增大,系统误码率随之增大,需采用多址干扰控制和子载波干扰消除技术来改善系统误码率性能.     

QPSK调制光通信中混合噪声的功率谱性能与误码率

研究了QPSK副载波调制下乘性噪声与加性噪声对接收端星座图影响。基于Gamma-Gamma信道模型,分析了乘性噪声和加性噪声影响下系统的接收星座图。通过仿真实验计算了混合噪声情况下的星座图分布以及接收端功率谱密度。讨论了混合噪声条件下,不同能见度、传输距离对系统误码率的影响。结果表明:随着湍流强度的增强,接收端功率谱存在明显的展宽迹象;不同加性噪声条件下,当能见度小于传输距离时,气溶胶粒子散射为影响通信的主要因素。不同乘性噪声条件下,当能见度处于0.5~1.5 km时,乘性噪声会影响接收光强,进一步增大系统误码率。文中工作对真实环境下降低无线激光通信的误码率和提高通信质量有重要意义。     

移动通信信道的建模与仿真

针对移动通信的特点,本文以中继卫星通信链路为主要研究对象,分析了该链路通信信道中存在的传播损耗,并以此为基础建立了链路通信的信道模型;最后仿真分析了不同的通信传输速率在加性高斯白噪声(AWGN)衰落信道、多径Rayleigh衰落信道、Rician衰落信道以及复杂衰落信道中的误码率特性曲线,仿真结果表明,满足Rayleigh衰落信道模型的信号分量对系统的性能影响较大,且传输速率越高,信号分量中的反射分量与多径分量影响越大。     

大气湍流和指向误差下混合RF/FSO航空通信系统性能分析

基于解码-转发中继方式,研究了混合射频/自由空间光(RF/FSO)航空通信系统性能。采用副载波多进制相移键控调制方式,建立了孔径平均作用下混合RF/激光通信系统模型,其中FSO通信链路采用指数型Weibull大气湍流信道的同时考虑指向误差影响,射频通信链路为Nakagami-m衰落信道。利用Meijer′s G函数推导得到航空激光通信系统平均误码率和中断概率的闭合表达式。在不同湍流强度和接收孔径大小条件下,对比分析了中断概率及误码率性能。仿真结果表明,与弱湍流条件相比,中等湍流强度条件下指向误差对系统中断性能影响较小;孔径平均效应可有效改善混合RF/FSO传输系统的性能;FSO信道对混合系统性能起主要作用。     

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。     

LDPC码在对流层散射通信中的性能分析

阐述了对流层散射信道恶劣的传输环境,表明它的衰落特性。介绍了LDPC码的基本原理,分析了迭代译码的更新过程以及LDPC码的内交织性。为了在对流层散射通信中有效应用LDPC码,研究了信道特性与编码性能之间的关系,对LDPC码在散射通信中的性能进行了仿真,结果表明,在对流层散射通信中,信道的衰落相关性对编码性能有非常重要的影响,给出了相应的参考曲线,为LDPC码的应用提供先验信息。     

雾环境下非视距散射光通信最佳链路分析

基于概率论和随机迁移理论,建立多次散射随机模型,采用蒙特卡洛方法仿真分析了辐射雾条件下,不同的通信距离条件时,近红外信号光在大气传输信道中传输的路径损耗与能见度之间的关系,指出在给定的通信距离以及给定的系统发送端发送仰角和发送光束束散角,接收端接收仰角和接收视场角等几何参数下,会存在一个能见度使得在这个能见度条件下信号光传输的损耗最小。在通信距离、能见度给定的情况下,针对大气散射通信几何构架中的各个参数的改变都会对非视距大气散射光通信链路路径损耗产生影响,通过模型仿真,提出辐射雾环境下最优化通信链路几何构架。仿真中采取808 nm 波长的激光二极管(LD)作为光源。     

基于2×2放大转发中继的混合RF/FSO系统性能分析

基于放大转发中继方式,研究了2×2中继条件下混合RF/FSO航空通信系统性能。FSO链路服从适于孔径平均条件下的Exponentiated Weibull大气湍流分布模型,RF通信链路为Nakagami-m衰落信道。建立2×2中继混合RF/FSO通信系统模型,利用Meijers’G函数推导求出航空激光通信系统信噪比的概率分布函数及累积分布函数,进一步推导混合通信系统平均误码率和中断概率的闭合表达式。通过仿真分析了不同大气湍流强度、孔径尺寸和调制方式对平均误码率和误码率的影响。仿真结果表明,混合系统中断概率及误码率受湍流强度影响较大,孔径平均效应可有效改善混合RF/FSO传输系统的性能;固定增益中继方式下,混合RF/FSO系统性能主要由RF链路决定;在固定增益中继混合RF/FSO系统中起主要作用;可变增益中继混合RF/FSO系统中,具有较小信噪比的链路在对系统性能的影响起主要作用。     

强海洋湍流水下光通信系统误码率研究

水下无线光通信（underwater wireless optical communication,UWOC）系统具有宽带宽、低衰减、低延时时间、高安全、高速率等优点,可满足水下数据、图像、传感器网络、视频通信的高速需求,受到了广泛研究。然而,除了水下的吸收、散射效应外,湍流效应也会使光信号衰减和衰落,限制了UWOC系统的通信质量和传输距离。探讨了外差式差分移相键控（differential phase shift keying,DPSK）调制对误码率（bit error rate,BER）的提升能力。假定强海洋湍流信道为Gamma-Gamma分布,利用改进的Rytov方法,得出了UWOC系统采用平面波和球面波传输时的闪烁系数表达式。借助于Whittaker M函数推导了DPSK调制的UWOC系统采用这两种光波传输时BER的解析式,并利用数值结果验证了解析结果的正确性。应用解析公式,仿真分析了DPSK调制的UWOC系统采用两种光波在三种重要的海洋湍流因素和通信距离下的BER,并对比分析了DPSK调制与OOK调制的BER。仿真结果表明,UWOC系统采用DPSK调制和球面波传输,在较小的均方温度耗散率、较小的温度和盐度波动对海洋湍流贡献的比值、较大的湍流动能耗散率的海洋中及通过较短的通信距离传输可以得到更优的BER。      

MIMO在对流层散射中的性能分析

首先,研究了MIMO空时分组编码(STBC)在平坦衰落信道下的应用以及相应的信道估计技术,并通过计算机仿真分析了STBC的性能以及信道估计对其性能的影响;接着,针对对流层散射信道特性,建立对流层散射信道的MIMO信道模型;最后,采用SC-FDE技术对抗对流层散射信道具有的频率选择性衰落,并仿真了该系统的性能,为STBC在对流层散射中应用奠定了基础。     

全数字线性调频信号产生及失真自适应接收机技术研究

对流层散射信道是一种随机多径信道,在该信道上传输数字信息时,首先要克服多径时散引起的码间干扰和快衰落导致的通信性能恶化。本文阐述了分离多径技术方案抗码间干扰、抗快衰落以及失真自适应接收的机理,研究了线性调频信号多径分集调制解调器的数字化实现,给出了系统性能测试的结果,积极有效地解决了散射信道存在的主要问题。