AF中继辅助TWR-FSO通信系统的性能分析

针对大气湍流和指向误差对自由空间光通信性能的影响会随着通信距离的增大而愈发严重,基于放大转发中继(AF),提出了一种双向中继-自由空间光通信(TWR-FSO)系统方案。该系统采用差分二进制相移键控调制,建立了一个包含大气湍流和指向误差的复合衰落信道模型,其信道衰落满足Gamma-Gamma分布。利用Meijer’s G函数推导得到TWR-FSO系统中断概率和平均误码率的闭合表达式。在不同湍流强度和阈值门限条件下,对比分析了中断概率和平均误码率性能。仿真结果表明,在受到相同指向误差的条件下,当SNR=25 dB时,AF中继相较于DF中继系统的中断概率从10^-1量级下降到10^-4量级左右。当折射率结构常数为4.0×10^-15m^-2/3,SNR=40 dB时,系统的误码率可以达到10^-8量级以下。说明AF中继下TWR-FSO系统能有效降低大气湍流和指向误差对通信系统的影响。     

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,...     

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。     

基于深度学习的ACO-OFDM自由空间光通信中信号检测

针对自由空间光通信(free-space optical communication, FSO)系统中大气湍流引起的光强起伏闪烁效应对正交幅度调制(quadrature amplitude modulation, QAM)信号影响很大,缺少实时信道信息时的最大似然(maximum likelihood, ML)检测器性能较差问题,本文提出了一种基于深度学习(deep learning, DL)的信号检测器。其网络框架采用了一个具有全连接层的深度学习神经网络(deep-learning neural network, DNN),实现了无导频的ACO-OFDM空间通信系统中信道盲估计、信道均衡和信号解调。仿真结果表明：在中强湍流大气信道下训练的DNN检测器,8QAM、16QAM和64QAM等调制信号解调的误码率分别可以下降到在2×10^-5、5×10^-5和5×10^-4左右,具有优越性能和鲁棒性,能较好抑制大气湍流引起的信道衰落。     

大气激光通信系统中频域解卷积抑制乘性噪声的研究

大气湍流引起的乘性噪声会导致大气激光通信链路性能的恶化,引起误码率增加.在Gamma-Gamma湍流信道模型下,采用频域解卷积滤除4PSK调制大气激光通信系统中的乘性噪声.通过计算机仿真对4PSK大气激光通信系统的星座图和误码率进行分析,结果表明在不同天气条件下采用频域解卷积可以滤除系统的乘性噪声,有效地抑制了大气湍流对大气激光通信系统的影响,减小了大气激光通信系统的误码率.     

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.     

大气湍流条件下长波红外无线激光通信性能分析北大核心CSCD

分析了用于探测长波红外所用的光电导型碲镉汞探测器的噪声种类,建立了相应的噪声模型;结合不同大气湍流条件下的光强分布模型,采用数字脉冲间隔调制方式推导得到了长波红外无线激光通信系统的误码率表达式。在选取典型仿真数据的基础上,对不同大气湍流强度、通信距离、传输速率以及平均发射功率条件下的长波红外无线激光通信误码率进行了数值仿真分析。结果表明,长波红外的抗大气湍流能力强,通过选取合适的发射功率以及传输速率可以满足系统工作时对误码率的要求。     

大气湍流对激光空间传输特性影响的实验研究

为了研究大气湍流对不同波长激光传输特性的影响,利用MATLAB对其进行了仿真,设计湍流模拟箱进行实验,将仿真和实验结果对比进行了理论分析和实验验证。对激光波前光强分布进行了观察与记录,并对不同波长激光束在相同大气条件下的光束漂移和光强起伏做了测量与分析;就大气湍流对线偏振光的偏振态影响进行了实验观测。结果表明,随着大气湍流的增强,激光波前光强分布容易受到明显的影响;激光束的光强起伏随着波长的增大而减小,其方差最高到达2.79×10^-2,而光束漂移则与波长无关,方差最高到达9.11×10^-12;线偏振光受到湍流效应的影响,其光强产生随机变化,且随着湍流强度的提高,变化程度更剧烈。实验测试数据结果与大气湍流理论相符合,这对激光大气传输的研究具有一定的参考价值。     

大气激光通信系统中频域反卷积抑制乘性噪声的研究

大气湍流会导致大气激光通信链路误码率性能的恶化,提出了一种频域反卷积方法抑制大气激光通信系统中的乘性噪声。该方法有效地把反卷积技术与大气激光通信相结合,算法中加入快速傅里叶变换(FFT)模块,将信号转换到频域进行反卷积滤波,降低了算法复杂度。利用大气激光通信实测系统在雨天天气下进行实验验证,对比反卷积前后调制信号的星座图并分析系统误码率。实验结果表明,频域反卷积能够降低大气激光通信系统的误码率,是一种抑制大气信道乘性噪声的有效方法。     

激光通信系统的波特间隔均衡器设计

当前应用的均衡器，主要采用单一的盲自适应算法实现信道均衡处理，容易出现误差扩散的现象，导致均衡器误码率较高。因此，针对激光通信系统，设计一种新的波特间隔均衡器。根据激光通信系统的接收端接收信号模型、干扰模型，定义激光通信系统信道模型。基于信道均衡要求，设计由前滤波器、反馈滤波器两个主要部分组成的多阶滤波器，作为波特间隔均衡器的基础结构。通过设置MSE切换门限联动LMS算法和CMA算法，形成自适应混合均衡算法，确保均衡器具有优越的信道均衡处理性能。最后，在FPGA上实现波特间隔均衡器。实验结果显示：应用所设计均衡器后，激光通信系统的最小误码率降低至10^-4,达到了提升激光通信质量的目的。     

大气湍流对激光通信系统的影响分析

大气湍流是影响大气激光通信系统性能的主要因素之一。在忽略光通信系统中的其它噪声且仅考虑 由大气湍流引起的系统误码率的情况下,对激光信号在大气湍流中斜程传输时的通信系统误码率(BER)、信噪比(SNR)与 对数振幅起伏之间的关系进行了研究;依据ITU--R公布的随高度变化的大气结构常数模型,用FORTRAN对信噪比和误码率在 不同波长与不同天顶角的条件下随高度的变化情况进行了数值模拟。结果表明,当传输高度相同时,用长波激光和较小的天顶角 进行斜程传输,可以有效地减小系统的误码率和增加系统的信噪比,从而提高激光的通信质量。     

基于超稳腔PDH稳频的280 mHz线宽DBR光纤激光器

利用超稳腔PDH(Pound-Drever-Hall)稳频技术,对自研的分布Bragg反射(DBR)单纵模光纤激光器稳频,获得亚赫兹线宽超稳激光的稳频结果。通过优化腔结构参数,辅以绝热封装和精密温控等措施,并在腔内设置可快速宽范围调谐激光频率的压电陶瓷(PZT),研制出了可满足超稳腔PDH稳频要求的自由运转DBR光纤激光器。基于腔长为10 cm、精细度为360000的超稳光腔频率为参考频率,PDH稳频后光纤激光器的1 s和100 s频率不稳定度分别达到了6×10^-16和8×10^-15,频率噪声降低至8×10^-3 Hz²/Hz@1～10 Hz,激光线宽窄至280 mHz,由此表明研制的光纤激光器可用于构建亚赫兹线宽超稳激光光源。     

湍流环境下组阵收发的深空激光通信系统性能

为了探究大气湍流对深空激光通信的影响,从理论上讨论了Gamma-Gamma分布的大气信道模型和抑制大气湍流的手段。建立了基于组阵收发的深空激光通信系统模型,对不同湍流条件下的系统误码率进行仿真。仿真结果表明:在信噪比为20 dB时,弱湍流环境的下行链路通信误码率比强湍流低4个数量级;大气湍流强度增强时,系统的通信误码率增大;在同等湍流强度下,大气湍流对于上行链路通信性能的影响比下行链路更大。     

圆偏振移位键控的星地激光通信误码率研究

光束的偏振特性在大气传输中变化比较小,因而偏振移位键控调制具有较高的可靠性。以星地激光通信为背景,研究星地激光通信链路的圆偏振移位键控调制的误码率性能。考虑到大气湍流的影响,采用Hufnagle-Valley大气折射结构常数模型,在Rytov方差分别为0.082,1.11这两种弱、强湍流起伏条件下,通过对比圆偏振移位键控调制和直接检测开-关键控调制的误码率,得到了同等湍流起伏条件下前者误码率性能比后者突出的结论。特别是Rytov方差为0.082时,要达到10-7的误码率,它们对信噪比的要求分别是21.65dB和30dB,圆偏振移位键控调制对信噪比的要求降低了8.35dB。此外,还分析了近地面折射结构常数、天顶角和地面风速这3个因素对误码率的影响,仿真结果表明圆偏振移位键控调制的误码率比直接检测开-关键控调制最少降低2个数量级。因此,圆偏振移位键控调制在未来星地激光通信中有着广阔的发展前景。     

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。     

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。     

基于Exponentiated Weibull 湍流模型的OFDM光链路性能分析

研究了Exponentiated Weibull 大气湍流下OFDM光链路误码性能,分别考虑大气湍流的单独影响及大气湍流和指向误差对误码率的联合影响,利用MeijerG函数推导出多载波条件下总平均误码率的闭合表达式。根据总平均误码率闭合表达式进行了仿真,分析了在不同大气湍流强度、QAM调制阶数、抖动标准差和波束宽度条件下,链路误码率随发射功率变化的关系。通过仿真分析证明仅在大气湍流影响下发射功率的增加对误码率的改善优于在大气湍流与指向误差的联合影响下;不同调制阶数,增大发射功率对链路误码性能的改善近乎相同;随着湍流强度、抖动标准差和波束宽度的增加,误码率增加。     

高灵敏度光束位置信号提取的激光通信跟瞄一体化（特邀）

提出一种基于四象限探测器跟瞄和通信复用的强度调制直接探测的空间光通信系统,以超声波电机驱动的双光楔为光束偏转执行单元形成光束位置跟踪的闭环系统。驱动电机转动周期为15 ms,位置分辨率为0.83μrad。经理论分析和实验验证,该系统的位置闭环跟踪-3 dB带宽约为4 Hz。当位置探测误差小于10%时,即光束探测精度小于12μrad,对应的探测灵敏度为-45.2 dBm。在10 Mbit/s的通信速率和无信号编码下,误码率为1×10^-3时对应的通信灵敏度为-44 dBm。验证了利用四象限探测器作为跟踪与通信复用探测器的可行性,可应用于小型化、轻量化的星间激光通信终端。     

用于原子干涉重力仪的小型频率合成器设计与实现

在原子干涉重力实验中,拉曼激光制备常采用光学锁相环方法,即先将主从激光器拍频信号与6.8 GHz微波信号源进行混频,再与直接数字频率合成信号发生器进行鉴频鉴相,得到的反馈信号用以控制激光器实现低噪声拉曼光输出,而拉曼光相噪将直接影响原子干涉重力仪的灵敏度。本设计采用STM32F103C8T6单片机对LMX2594数字锁相环芯片进行编程控制,通过锁相环频率合成技术,最终获得6.8 GHz的微波信号源。测试结果表明,该微波信号源相位噪声分别为-65.2 dB@1 Hz、-95.3 dB@1 kHz,频率稳定度为2.72×10^-11@1 s,输出功率大于10 dBm。在脉冲间隔时间为100 ms时,信号源对原子干涉重力仪灵敏度的影响为8×10^-8 m/s²/Hz^1/2,分辨率影响为2×10^-8 m/s²@600 s,具有频率稳定度高、相位噪声低等优点,可以满足原子干涉重力实验。     

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。