大气激光通信系统数学仿真方法研究

基于大气光学理论与激光通信技术,总结了大气激光通信信道特点和模型公式组,改进科学计算软件中的图形化编程模块,设计了一套大气激光通信数学仿真系统,可供光端机开发、研究信道编码、分析大气信道特性及光通信系统计算机辅助设计时使用。     

无线光通信系统大气信道特性的分析研究

介绍了大气激光通信的基本原理、关键技术和应用领域;分析了大气信道对无线光通信系统的影响,着重分析大气的衰减效应和大气的湍流效应;指出在我国特定地区进行大气信道测试的必要性;最后介绍和分析了大气信道特性的主要测试方法.     

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,...     

大气激光通信系统中Turbo码译码性能仿真

由于大气激光通信信道对光信号的衰减极大,实际通信系统的编码应具有极强纠随机差错和纠突发差错的能力.针对大气激光通信信道的特殊性,结合当前优异的编码技术Turbo码对信道进行编码,通过对大气激光通信信道的分析对Turbo码编译码系统进行修正,建立了基于大气激光通信信道的系统模型,仿真分析了Turbo码实现低误码率的大气激光信息传输的可行性,并分析了采用不同算法和不同交织长度对系统性能的影响,为Turbo码在大气激光通信系统中的应用提供了理论基础.     

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。     

基于大气激光通信仿真系统的纠错码性能比较

针对大气激光信道对光信号衰减极大的特性,提出了一种用Simulink构建的Turbo码系统仿真模型,分别与未采用信道编码和采用卷积编码方案的仿真系统进行了误码率(BER)性能对比,结果显示出了Turbo码在实现低误码率的大气激光信息传输中的优越性,为Turbo码在大气激光通信系统中的应用提供了理论基础.     

面向激光通信的大气随机信道分析与研究

大气激光通信系统以其容量大、体积小、保密性高等特点,正适合替代微波作为信息传输瓶颈问题的最佳解决方案,具有重大的意义和良好的应用前景.研究了大气随机信道的特性,特别是大气随机信道对激光传输的影响.大气随机信道的研究是激光通信系统的一个十分重要的研究部分,对激光通信系统的设计和实现具有较大的参考价值.根据大气湍流的特点,建立了大气湍流信道的模型,依据湍流信道模型进行了激光在湍流信道中水平传输远场光斑的计算机模拟仿真,分别就不同的湍流、不同的传输距离进行了光斑的实时显示,并和实际测量光斑进行了比对.分析了激光通过大气随机信道时光斑变化的因素,利用软件对光斑进行了模拟,并将模拟光斑与实际测量光斑进行了比较.用此系统可以方便、准确、形象地显示激光光斑的闪烁、分裂等现象,便于我们研究大气对无线光通信的影响,为进一步优化激光通信系统性能,最终实现全天候的大气激光通信做了有意义的探索.     

大气湍流信道中激光通信群延迟特性研究

选用数学模型模拟了激光大气通信系统中大气湍流信道的群延迟特性,并进行了数值计算,结果表明:大气湍流信道带来的群延迟失真很小,在激光大气通信中可以不予考虑。     

无线光通信收发机系统设计与实现

无线光通信系统适合大气随机信道传输,对该系统进行了模拟和数字信道的大气无线激光多媒体通信测试试验。该设计能够有效地补偿大气随机信道对传输信号的衰减损耗,提高系统的通信质量。     

激光在大气中传输衰减特性研究

激光在大气中传输特性的研究是激光探测与制导、激光通信等光电系统设计中的一个主要问题.利用衰减的经验模型和Mie理论,分别计算了不同大气能见度下的霾粒子对激光大气传输产生的衰减,并对这两种方法计算的结果进行比较分析;再根据Mie理论和云雾的尺度分布模型计算了云雾的激光衰减.结果表明,在近红外波段对于对流层大气中霾粒子的衰减预测应用Mie理论计算更合理;云雾引起的衰减一般较大,并且随着能见度的减小,衰减增加较快.因此,当Vb＜15km时,霾引起的衰减需要考虑;当Vb较小时,云雾的激光衰减是限制系统性能的主要因素.     

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.     

新型度分布的LT码在自由空间光通信中应用

由于自由空间光通信(FSO)受到大气湍流效应的影响,运用信道编码技术来保证FSO系统的稳定性。研究LT码原理,并将其引入FSO系统。分析LT码度分布需要满足的条件,引用泊松鲁棒孤子度分布来减小LT码译码开销、降低编译码复杂度,并应用于FSO系统来提高FSO系统性能。采用MATLAB进行仿真,比较泊松鲁棒孤子度分布与鲁棒孤子度分布的性能,并模拟在不同湍流信道中的FSO系统误码率。结果表明,泊松鲁棒孤子度分布具有较小的平均度值,能够减小LT的译码开销、降低编译码复杂度;且应用泊松鲁棒孤子度分布的LT码能够降低FSO系统中的误码率,保证FSO系统稳定。     

无线光通信传输技术浅析

针对无线光通信应用于接入网时遇到的大气衰减和湍流问题，在光发送和光接收2个方面分析了几种传输技术的原理，并讨论了其可行性。     

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.     

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。     

基于FSO系统极化码的改进译码方案研究

针对服从对数正态分布的大气弱湍流信道模型,选用极化码来改善FSO系统传输性能。引入一种基于3×3核心矩阵的置信传播(BP)译码方法,对核心矩阵、码字长度、以及基本单元计算式进行了改进。对比采用新型BP译码方法与传统BP译码方法的FSO系统误码率性能。仿真实验结果表明,改进型BP译码方法与传统BP译码方法相比有着更低的误码率。由于系统构造的原因,改进型BP译码占用的存储空间较少、译码延迟时间短,在码长较长的情况下,对FSO系统传输性能有较大的提升。     

Performance Analysis of Free Space Optical Networks Using the Beta-Average Recursive Estimator

The present paper aims to investigate and analyze the performance of a point-to-point optical network under a free-space optical (FSO) communication system. Free-space optical communication is a sophisticated technique that has been employed as a channel model of optical wireless communication to transfer large amounts of data at high speeds. However, two important issues, that could affect the source of the FSO link, have been added. The first one is related to chromatic dispersion which is attributed to the chirping phenomenon of the optical signal; the second issue concerns the secondary jamming power that can be generated by some Radio Frequencies from base stations. It is important to note that the effects of atmospheric turbulence, misalignment fading, and atmospheric attenuation as well as geometric losses were also taken into account. The purpose of this research work is to overcome these effects, in order to increase the data transmission rate from 1.25 to 50 Gbps in the proposed system. Consequently, a very efficient solution is suggested to correct these problems and to make the FSO link more reliable using the Beta-Average Recursive Estimator. In addition, the numerical results obtained are presented for the purpose of validating our proposal through the evaluation of the performance of a transmission link in terms of the bit error rate and Q-factor. In the end, the resulting conclusions are listed, explained and discussed.

     

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.     

Gamma-gamma大气湍流下自由空间光通信的性能

自由空间光通信在各种应用中得到了广泛关注,但大气湍流效应导致系统链路性能恶化.假设大气湍流信道是无记忆平稳遍历并且为加性高斯白噪声(AWGN),自由空间光通信系统采用开关键控(OOK)强度调制直接检测(ID/DD),研究了gamma-gamma大气湍流信道下自由空间光通信的性能.利用MeijerG函数推导出了自由空间光...     

Performance of orthogonal frequency division multiplexing based M-ary quadrature amplitude modulation in asymmetrical dual-hop mixed RF-FSO transmission system

This paper investigates the performance of a dual-hop mixed relay system with radio frequency (RF) and free-space optics (FSO) communication under the effect of pointing error (PE) and atmospheric turbulence (AT). This paper considers a system where RF and FSO links are cascaded. The RF link is modeled by Nakagami-m fading, and the FSO link is modeled as gamma–gamma (G-G) fading channel. Both the channel models use orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) with M-ary quadrature amplitude modulation (QAM). The expressions for probability density function, cumulative distribution function, signal-to-noise ratio, and ergodic capacity are derived. The moment generating function (MGF) of fading and the bit error rate (BER) of the OFDM-based M-ary QAM scheme is derived in terms of Meijer's G-function. It has been observed that, in fixed gain relay systems, the modulation scheme's BER is dominated by the SNR of the RF link. While in a variable gain relay system, the turbulence conditions of the FSO system affect the SNR and the BER of the modulation method. The feasibility of heterodyne detection and intensity modulation direct detection (IM/DD) is analyzed in terms of outage probability and ergodic capacity. The results can be used to choose the optimal modulation order and relay system for QAM-OFDM-based optical wireless systems.