大气湍流下自由空间光通信中断概率分析

自由空间光通信在未来全球通信网中具有潜在的应用价值,然而,自由空间光通信易受大气湍流影响,致使系统性能严重下降.根据大气湍流实际情况,把大气信道分为弱湍流下的对数正态分布模型和中强湍流下gamma-gamma分布模型.研究了自由空间光通信中一个重要的性能指标-中断概率,基于信道模型利用Merjer G函数简化了该概率公式.研究了大气湍流和其他参数(如传输距离、波长)对中断概率的影响,并从弱湍流到强湍流仿真了湍流对通信中断概率的影响.数值模拟表明:随着大气湍流强度以及门限值的增大,自由光通信系统的中断概率相应增大.为设计自由空间光通信系统提供了参考.     

强大气湍流中基于发射分集的自由光通信

研究了强大气湍流情况下基于拉盖尔计数的自由空间光通信性能,发送端采用开关键控,接收端采用最大似然检测。还推导了采用发射分集技术的负指数信道误码率公式。理论计算与蒙特卡洛仿真结果一致。仿真表明,相比单输入单输出光通信系统,采用多输入单输出的光通信系统可以改善受强大气湍流和背景噪声影响的自由空间光通信性能。     

大气衰减和大气湍流效应下多输入多输出自由空间光通信的性能

为了减小大气衰减效应和大气湍流效应对自由空间光通信的影响,采用了多输入多输出技术。假定自由空间光通信系统采用开关键控强度调制直接探测,信道独立同分布、无记忆平稳遍历并且具有加性高斯白噪声,在发射端和接收端都可以获取理想信道状态信息;建立了综合大气效应下多输入多输出信道模型和系统模型,推导了等增益分集合并下自由空间光通信系统的遍历容量和中断概率闭合表达式,仿真分析了各种天气条件和大气湍流对空间光通信链路的影响,结果显示随着发射孔径和接收孔径的数目增多,大气效应的影响逐渐减小,通信系统性能随之提高。从系统复杂度及性能提高程度综合考虑,选择2个发射孔径、2个接收孔径较为合适。     

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.     

大气湍流斜路径信道FSOC的中断概率研究

自由空间光通信(FSOC)具有通信容量大、信息传输快等优点,在未来大数据时代中有着巨大的应用价值。激光作为携带信息的载波,在大气中传输时受到大气湍流的严重影响,会使光通信系统的稳定性和可靠性得不到保证。文中研究了在斜路径信道上,自由空间光通信系统的中断概率受大气湍流的影响,数值模拟分析了平面波、球面波和高斯波为信息载波时,大气湍流强度、内尺度和外尺度、传输距离、天顶角、波长等参数对FSOC系统中断概率的影响机理。研究结果可以为将来实现全光网络设计自由空间光通信系统提供有益的理论参考。     

自由空间光通信中的MIMO极化编码方法

针对自由空间光通信链路性能易受大气湍流影响的问题,构造了一种适用于自由空间光通信的多输人多输出(MIMO)极化编码方法.基于通用偏序法、极化编码、调制及MIMO技术联合优化快速构造极化码,并在大气湍流信道下进行仿真分析.实验结果表明,在不同构造方法及编码方案下,MIMO极化编码方法能在保持低复杂度的同时使系统获得更好的性能.在强湍流条件且误码率为10-4时,相比Monte Carlo方法,偏序法的编码增益约为0.2dB,且离线构造的计算复杂度可忽略不计;强弱湍流条件下,相比单输入单输出(SISO)-polar方式,MIMO(2×2)-polar方式的编码增益约为1.1～1.6 dB,具有明显的分集优势.     

自由空间光通信中一种低复杂度的极化码构造方法

针对目前在大气湍流信道中没有合适的极化码构造方法的问题,基于自由空间光通信系统,提出将高斯偏序应用于大气湍流信道的极化码序列构造中.描述了高斯偏序方法构造极化码的方法,在Matlab中使用蒙特卡洛仿真分析了σ20=0.2的湍流信道下32条子信道的误码率情况和不同湍流强度下传输错误概率情况,并与高斯偏序方法构造的极化码序...     

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。     

弱湍流下基于PPM调制和RS码的ALC系统差错性能分析

引入了RS码作为大气光通信的信道编码,讨论了在高斯信道和弱湍流信道下,基于PPM调制和RS编码大气光通信系统的性能,仿真比较了未编码与编码系统的差错性能,仿真结果表明,在相同的差错性能条件下,编码增益提高2～3 dB,在高斯信道中的差错性能优于弱湍流信道.     

LDPC编码的MIMO大气激光通信系统研究

通过将信道编码LDPC与分集技术相结合,分析了级联空时码在对抗大气湍流效应的作用。首先建立了Gamma-Gamma大气湍流信道模型,并且设计了LDPC编码的MIMO自由空间光通信系统,仿真了弱湍流和强湍流两种情况下,未编码和已编码的MIMO系统的性能。结果表明,在弱湍流和强湍流情况下,LDPC编码的MIMO系统较未编码的MIMO系统的误码率得到了很好的改善,性能得到了极大的提升。     

Effect of clear atmospheric turbulence on quality of free space optical communications in Yemen

Free space optical (FSO) communication is one of the most recently developed modes of wireless communication.FSO is a technique used to convey data carried by a laser beam through the atmosphere.While FSO offers a broadband service,it requires a line of sight communication between the transmitter and receiver.The atmosphere has effects on the laser beam passing through it.For instance,the quality of data received is affected by the scattering and atmospheric turbulence.The atmospheric turbulence is caused by both temporary and special random fluctuations of the refractive index along the optical propagation path.Clear air turbulence impairs the performance of the FSO due to the fluctuation in the intensity of the laser beam.By referring to the two criteria,namely bit error rate (BER) and signal to noise ratio (SNR),this work includes analysis of the effect of atmospheric turbulence on FSO systems in Yemen by using an appropriate model.     

1 Gbps实时传输的自由空间光通信链路损耗

远距离自由空间光学（FSO）通信系统面临的最大挑战是在大气湍流影响下信号传输会造成光强度衰减/波动,导致通信链路中断。文中提出了一种基于通信系统接收功率的对数正态统计来计算由湍流引起的通信链路损耗的方法,可评估指导FSO通信系统中的系统参数。文中模拟了不同强度湍流影响,接收终端口径为2 cm、20 cm条件下,850 nm、1 550 nm波长的光通信链路损耗与传输距离的关系。然后利用模拟分析结果设计了一个接收口径为20 cm的FSO通信系统,在强湍流条件下完成~2 km距离传输高清图像和视频。FSO通信系统的传输速率为1 Gpbs,与4 G网络相比,可以满足大量无压缩数据流传输的清晰度和实时性。     

基于FSO系统的多进制LT码性能分析

为克服空间光通信(FSO)链路受大气湍流效应的影响,将LT码应用到FSO系统中.多进制LT码具有较高的传输效率.提出一种新型度分布函数来改善多进制LT码的译码性能.计算不同进制LT码的译码失败率,并模拟强湍流信道,对采用不同编码方案的FSO性能进行仿真.结果表明:采用新型度分布的LT码能够降低译码失败率,且能有效改善FSO系统在强湍流情况下的性能.     

Pointing error effects on performance of free-space optical communication systems using SC-QAM signals over atmospheric turbulence channels

In this paper, we theoretically analyze pointing error effects on performance of free-space optical (FSO) communication systems using subcarrier intensity quadrature amplitude modulation (SC-QAM) signals over atmospheric turbulence channels. Unlike previous studies, we take into account both atmospheric turbulence channels and the pointing error effect. In order to model atmospheric turbulence channels, we employ a log-normal distribution for weak-to-moderate turbulent condition and a gamma–gamma distribution for strong turbulent condition. Moreover, we study the pointing error effect by taking into account the influence of beamwidth, aperture size and jitter variance. In addition, we use a combination of these models to analyze the combined effect of atmospheric turbulence and pointing error to FSO/SC-QAM systems. Finally, we derive analytical expressions to evaluate the average symbol error rate (ASER) performance of such systems. Numerical results present the impact of pointing error on the performance of FSO/SC-QAM systems and how we use proper values of aperture size and beamwidth to improve the performance of such systems. In addition, simulation results of FSO/SC-QAM performance over strong atmospheric turbulence and pointing errors show that the closed-form expression can provide a precision for evaluating ASER of such systems.     

Error rate performance analysis of coded free-space optical links over gamma-gamma atmospheric turbulence channels

Error control coding can be used over free-space optical (FSO) links to mitigate turbulence-induced fading. In this paper, we derive error performance bounds for coded FSO communication systems operating over atmospheric turbulence channels, considering the recently introduced gamma-gamma turbulence model. We derive a pairwise error probability (PEP) expression and then apply the transfer function technique in conjunction with the derived PEP to obtain upper bounds on the bit error rate. Simulation results are further demonstrated to confirm the analytical results.     

Error rate performance of coded free-space optical links over strong turbulence channels

Error control coding can be used over free-space optical (FSO) links to mitigate turbulence-induced fading. We present error rate performance bounds for coded FSO communication systems operating over atmospheric turbulence channels, which are modeled as a correlated K distribution under strong turbulence conditions. We derive an upper bound on the pairwise error probability (PEP) and then apply the union-bound technique in conjunction with the derived PEP to obtain upper bounds on the bit error rate. Simulation results are further demonstrated to verify the analytical results.     

自由空间光通信中相干圆偏振调制系统性能研究

自由空间光通信（FSO）具有高带宽、不需要铺设光纤、部署迅速、低功率损耗等优点,得到了广泛的关注。在Gamma-Gamma大气湍流信道下,分别考虑弱、中、强三种大气湍流强度,结合相位噪声,研究了相干探测的圆偏振调制系统的性能,推导出了误码率和中断概率的闭合表达式。在不同的大气湍流强度和相位噪声的情况下,仿真分析了相干探测的圆偏振调制系统的性能,并与直接探测系统的误码性能进行比较,结果表明,采用相干探测系统的误码性能优于直接探测系统。因此,在圆偏振调制系统中,采用相干探测方式可减小大气湍流的影响,大大降低了误码率,提高了系统的通信性能。     

瞄准误差和Gamma-Gamma大气湍流下信号束散角的优化分析

在自由空间激光通信(FSO)系统中,瞄准误差和大气湍流严重影响系统通信链路,是链路性能恶化的两大主要因素.通过对联合信道的理论分析,建立了信道模型,并利用Meijer G函数推导出了直接探测系统和相干探测系统平均信道容量的表达式.通过在Matlab中的仿真结果可知,在给定瞄准误差和大气湍流的条件下,信号光的光束束散角并非越小越好,而是存在最优束散角,该束散角不仅可以保证系统性能良好,而且使得发射系统功率取得最小值,并且采用相干探测系统可以抑制大气湍流对系统的影响,有效提高系统的性能.     

自由空间光通信中LT码的编码技术研究

为了克服大气湍流对自由空间光通信(FSO)链路的影响,将LT码应用到FSO系统中,并结合基于部分信息LT码的修正转移鲁棒孤子分布(ISRSD),模拟了不同大气湍流强度信道,采用不同的编码方案进行模拟比较,结果表明:与RS码相比,误码率为10-4时,LT码获得大约2 dB的编码增益;相比于RSD,ISRSD能使译码开销降低1％～2％,且LT码采用ISRSD后,误码率为10-7时,系统获得0.2～0.5 dB的编码增益.     

移动平台上空间光通信系统性能研究

针对移动平台空间光通信信道的大气湍流随机性强、指向误差大和链路高动态性等问题,建立适合于移动平台的大气信道模型,并进一步推导出采用脉冲调制(PPM)调制的通信系统端到端信道容量和中断概率的解析表达式。仿真分析了在大气弱湍流、中强湍流两种情况下,信噪比、系统分集、指向误差及通信距离等对通信系统中断概率的影响。结果表明,指向误差不宜超过1mrad;通信距离每增加1km,中断概率上升8~11dB。