星地激光通信中多光束发射的最优发送

在多光束发射系统中,发送天线获得信道状态信息能够提高信道增益,有效克服大气湍流对星地激光通信的影响,提高系统的误码率性能。文章提出一种基于信道互易理论让发送天线获得信道状态信息的方法,然后根据信道状态信息,对发送光束进行最优选择,提高发射功率的利用率,改善信噪比,降低误码率。仿真结果表明,在发送端对发送天线进行最优选择,能够降低星地激光通信的误码率,提高通信系统的性能。     

一种多光束发射和接收FSO系统的信道建模方法

在单光束发射和接收无线光通信(FSO)系统中,目前人们普遍接受的是光强闪烁在强湍流下服从负指数分布,在弱湍流下服从对数正态分布,而在强弱湍流下都适用的Gamma-Gamma分布则是研究的热点。在这几种分布的基础上,将它们推广到多光束发射和接收FSO系统,分别推导出了基于对数正态分布、负指数分布以及Gamma-Gamma分布的多光束发射和接收FSO系统的光强闪烁概率密度分布函数,建立起多光束发射和接收系统光强闪烁信道模型,并对基于负指数分布的多光束信道模型与通信距离、激光波长、接收孔径以及收发天线数目等参数的相互关系进行了具体的仿真分析。这对多光束发射和接收FSO系统的理论分析和系统设计具有一定的指导意义。     

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。     

副载波调制无线光通信分集接收技术研究

基于湍流信道条件下光强闪烁的对数正态分布模型,建立了副载波BPSK调制的无线光通信空间接收分集系统。在不同光强闪烁效应和接收天线数下,分别对比分析了3种线性合并技术的差错性能及分集增益。仿真结果表明,分集技术可以有效地改善无线光通信系统性能,具有较强的抗大气信道衰落能力。3种合并技术中,系统误码率性能改善最优的是MRC,其次是EGC,而SelC较差,对短距离且弱光强闪烁下的FSO系统,不建议空间分集采用选择合并方式。     

面向自由空间光通信的PC-STBC方法研究

针对大气湍流对自由空间光通信系统误码率影响较大的问题,提出了一种在多输入多输出系统中将极化编码与空时编码直接级联的方案。在弱湍流信道中,使用高斯近似的方式构造出编码序列并进行极化编码,并使用二进制相移键控对编码序列进行调制,再与空时编码进行直接级联。仿真结果表明:在多输入多输出系统中,码字长度N=1 024时,系统的误码率可下降至10-6级以下;若码字长度N=2 048时,信噪比高于2 dB时,误码率可趋近于0。接收天线数越多,系统的分集阶数越高,系统误码率下降速度变慢,系统整体性能变差。因而该级联方案能够更好地改善系统误码率性能。并且在不同的湍流强度下,表现出对强湍流具有更好的抑制效果,误码率下降更明显。     

弱湍流中紫外光非直视分集接收技术的研究

根据弱湍流信道中对数正态分布模型,建立了紫外光非直视分集接收系统。采用开关键控（OOK）调制,在不同闪烁指数和接收天线数下,分别对比分析了最大比合并（MRC）、等增益合并（EGC）和选择性合并（SC）的误码性能。仿真结果表明,相比于无分集情况,采用三种合并方式的误码率性能有明显提升。在接收天线数相同的情况下,三种合并方式中,MRC的性能最优,其次是EGC,SC的性能最差。对比分析了不同接收天线数时的误码率性能,随着接收天线数的增加,三种合并方式的误码性能得到了较大改善。在弱湍流信道中,采用分集接收技术能够减轻衰落的影响,提高分集增益。     

分布式发射天线MIMO信号的最优线性检测

 在分布式发射天线多输入多输出(MIMO)系统中,信道传播时延使各个发射天线的符号异步到达接收天线.接收信号符号间干扰的特殊性使分布式发射天线MIMO信号的线性检测算法更加复杂,最优线性检测算法也不能直接由最小均方误差(MMSE)准则得到.针对这一问题,提出了基于MMSE准则的分布式发射天线MIMO信号的最优线性检测算法:先最大比合并,再最小均方误差检测.并且,通过界定误码率上下限,得到其分集阶数.仿真结果验证了最优线性检测接收端信号处理方式的正确性.     

JTRAS/OSTBC系统在Keyhole Rayleigh信道下的性能分析

在Keyhole Rayleigh衰落信道下,研究了使用联合发射/接收天线选择(JTRAS)和正交空时分组码(OST-BC)的多输入多输出(MIMO)系统的平均符号误码率(ASEP)性能.基于标量加性高斯白噪声(AWGN)信道的方法,推导出了系统在接收端信噪比的表达式.然后对不同条件下的ASEP性能做了数值仿真,验证了理论分析结果的正确性.仿真结果表明:随着发射/接收天线数的增加,JTRAS/OSTBC系统的ASEP性能得到了很好的改善.     

大气湍流综合效应下空间分集接收性能研究

分析和研究大气湍流和瞄准误差综合效应下,空间分集接收技术对差分相移键控(DPSK)光通信性能的改善。在不同湍流情况下,讨论采用多入多出(MIMO)和单入多出(SIMO)空间分集技术的系统性能;并将3种分集合并技术对系统误码率(BER)和中断概率的影响进行分析;采用广义超几何方法推导出自由空间光通信(FSO)系统误码率闭合表达式。由分析和实验结果可知:空间分集技术可以提高系统误码率并降低中断概率,有效地改善大气湍流引起的信道衰落;当分集数增大时,系统性能改变越明显。对比3种分集技术,最大比合并接收分集技术最为优越。     

无线紫外光MIMO直升机助降ALOS链路性能分析

无线紫外光通信具有高速率高可靠性的特点,可以满足复杂环境下的通信。通过直升机助降的过程提出近似直视通信方式,并研究了无线紫外光MIMO系统的ALOS通信链路模型,同时计算了弱湍流条件下ALOS链路中MIMO系统的误码性能,并仿真分析其信噪比、发射功率、发射（接收仰角）以及通信距离对误码率的影响。计算分析当发射（接收）仰角小于35时,误码率随着发射（接收）仰角的增大,其增长趋势比较明显,当大于35时,误码率随着发射（接收）仰角的增大,其增长趋势变缓。结果表明,在无线紫外光ALOS链路中,采用天线阵列和多探测器的MIMO技术能够较好地降低误码率和抑制大气湍流,并提高抗衰弱能力。     

BER Performance of Free-Space Optical Transmission with Spatial Diversity

Free space optical (FSO) communications is a cost-effective and high bandwidth access technique, which has been receiving growing attention with recent commercialization successes. A major impairment in FSO links is the turbulence- induced fading which severely degrades the link performance. To mitigate turbulence-induced fading and, therefore, to improve the error rate performance, spatial diversity can be used over FSO links which involves the deployment of multiple laser transmitters/receivers. In this paper, we investigate the bit error rate (BER) performance of FSO links with spatial diversity over log- normal atmospheric turbulence fading channels, assuming both independent and correlated channels among transmitter/receiver apertures. Our analytical derivations build upon an approximation to the sum of correlated log-normal random variables. The derived BER expressions quantify the effect of spatial diversity and possible spatial correlations in a log-normal channel.     

Receiver Optimization in Turbulent Free-Space Optical MIMO Channels With APDs and Q-ary PPM

We propose an accurate, robust avalanche photodiode (APD) receiver optimization scheme for multiple-input/multiple-output (MIMO) free-space optical links with Q-ary pulse position modulation in the presence of atmospheric turbulence. Through extensive error probability (P_e ) analysis, we show that selecting the APD gain such that the nonfading receiver-array signal-to-noise ratio is maximized essentially minimizes P_e in turbulent MIMO channels with M=2 transmitters and N=2 receivers, for several turbulence and background-radiation levels of interest     

基于子空间的无线光通信副载波盲均衡算法研究

文中基于Gamma-Gamma光强起伏分布大气湍流信道模型,对无线光副载波相移键控调制系统进行了子空间盲均衡算法的研究。对比分析了经过大气湍流信道盲均衡前后的副载波调制信号星座图聚敛性,给出了均衡后不同光强起伏方差下的误码率曲线,当R2=0.1,信噪比为20 dB时,误码率从4.710-1降低到1.5610-3,均衡后误码率明显改善。同时采用两种典型实测天气数据(阴、中雨)模拟大气信道进行了子空间盲均衡实验,均衡后调制信号星座图聚敛性与相位可识别性明显优于均衡前。仿真结果表明,子空间盲均衡算法对大气湍流信道下的副载波调制信号有良好的均衡效果。     

Analysis of infrared wireless links employing multibeamtransmitters and imaging diversity receivers

We analyze the improvements obtained in wireless infrared (IR) communication links when one replaces traditional single-element receivers by imaging receivers and diffuse transmitters by multibeam (quasi-diffuse) transmitters. This paper addresses both line-of-sight (LOS) and nonline-of-sight (non-LOS) IR links. We quantify link performance in terms of the transmitter power required to achieve a bit error rate (BER) not exceeding 10^-9 with 95% probability. Our results indicate that in LOS links, imaging receivers can reduce the required transmitter power by up to 13 dB compared to single-element receivers. In non-LOS links, imaging receivers and multibeam transmitters can reduce the required transmitter power by more than 20 dB. Furthermore we discuss the use of multibeam transmitters and imaging receivers to implement space-division multiple access (SDMA). In a representative example with two users transmitting at a power sufficient to achieve a BER not exceeding 10^-9 with 95% probability in the absence of cochannel interference, when SDMA is employed, the system can achieve a BER not exceeding 10^-9 with a probability of about 88%     

Optical Communication Using Subcarrier PSK Intensity Modulation Through Atmospheric Turbulence Channels

This paper studies optical communications using subcarrier phase shift keying (PSK) intensity modulation through atmospheric turbulence channels. The bit error rate (BER) is derived for optical communication systems employing either on/off key (OOK) or subcarrier PSK intensity modulation. It is shown that at BER = 10^-6 and a scintillation level of sigma = 0.1, an optical communication system employing subcarrier BPSK is 3 dB better than a comparable system using fixed-threshold OOK. When sigma = 0.2, an optical communication system employing subcarrier BPSK achieves a BER = 10^-6 at SNR = 13.7 dB, while the BER of a comparable system employing OOK can never be less than 10^-4. Convolutional codes are discussed for optical communication through atmospheric turbulence channels. Interleaving is employed to overcome memory effect in atmospheric turbulence channels. An upper bound on BER is derived for optical communication systems employing convolutional codes and subcarrier BPSK modulation.     

Gamma-Gamma大气湍流中部分相干光通信系统性能研究

部分相干光在湍流大气中传输时,可以有效抑制湍流所引起的光强闪烁效应,从而改善通信链路性能。针对Gamma-Gamma大气湍流信道模型和部分相干光的光束特性,得到了采用OOK调制方式下部分相干光通信系统的平均误码率、中断概率和平均信道容量三个性能指标的解析表达式;在此基础上,分析了光束的空间相干长度和通信距离对通信链路的性能影响。计算结果表明,在相同的大气湍流条件和传输距离下,随着部分相干光的空间相干长度的减小,系统的误码率和中断概率逐步降低,在平均信噪比为30 dB时,系统的误码率可以达到10-5,中断概率低于10-6;另外,系统的平均信道容量会随着光束相干长度的减小而增加,在信噪比等于12 dB时,平均信道容量达到3.8 b/sHz-1。分析结果为部分相干光在湍流大气中实现可靠通信提供了理论依据。     

二维大气无线光码分多址通信系统

在无线光通信系统中采用光码分多址(OCDMA)技术,可以充分利用其丰富带宽,提高系统性能。考虑背景光噪声、探测器噪声、多用户干扰和大气闪烁等影响因素,给出了二维无线光码分多址(2D-WOCDMA)系统模型,在该模型中采用了脉冲位置调制(PPM)和光纤布拉格光栅(FBG)编解码器。通过数值分析,详细讨论了该无线光通信系统的性能。结果表明,大气闪烁是影响二维无线光码分多址通信系统性能的重要因素,当其对数方差较大时,系统难以实现通信,需要采用诸如多用户检测、信道编码及阵列接收等技术提高系统的性能;二维无线光码分多址通信系统适合采用1550 nm波段;该通信系统还受背景光、雪崩光电二极管(APD)增益和调制消光比等因素的影响。     

大气湍流对激光通信系统性能的影响研究

大气湍流引起的光强起伏是影响激光通信系统接收信噪比和误码率的主要因素。文中旨在研究大气湍流状态对无线通信系统性能的影响。首先利用对数正态分布和Gamma-Gamma分布分别对信道进行建模,分析表明前者不适用于中强湍流下的光强起伏行为,而后者具有更广的应用范围。在此基础上,研究相位噪声对系统接收信噪比和误码率的影响。文中最后在不同信道条件下进行仿真实验,观察光强起伏方差引起的星座图变化和误码率恶化情况。实验结果表明,当光强起伏方差逐渐增大时,星座图相位角度和误码率均随之变大。文中的分析与讨论对提高激光通信质量具有一定的参考价值。     

双伽马湍流信道下多阶脉冲位置调制误码率性能分析

基于双伽马(Gamma-Gamma)大气湍流信道,研究了采用脉冲位置调制(PPM)技术的无线光通信系统的误码率(BER)性能。推导出平均EBR的闭合表达式,该表达式适用于任意湍流强度和任意调制阶数,与数值积分相比,可显著提高计算速度。对于给定的平均EBR,对比分析了在不同湍流条件下PPM调制阶数与平均发射功率需求间的关系。结果表明,在无湍流高斯信道和弱湍流信道下,增加调制阶数可以减小平均发射功率需求;然而随着湍流的增强这种作用逐渐减小,在强湍流区,甚至出现了调制阶数越高,平均发射功率需求越大的现象。因此,在实际系统设计时,应考虑可能的湍流环境,再选择合适的调制阶数。     

利用自适应均衡滤波器改善大气湍流信道OWC性能

光无线通信是近年来无线通信领域的研究热点之一。大气湍流是影响光无线通信的重要因素,特别是在高速数字通信中会产生严重的码间干扰。本文分析了大气湍流信道的特性,提出采用自适应LMS均衡技术改善大气湍流信道的性能,对采用OOK调制方式的OWC系统均衡前后的误码率性能进行了分析比较。仿真结果表明自适应LMS均衡技术可以将系统的性能提高约10dB。