基于中继协作的FSO通信系统模型性能分析

摘要

自由空间光（Free Space Optical，简称FSO）通信是一种新型的无线通信技术，因其具有保密性好、频谱自由、通信容量大和安装便捷等优点被研究人员广泛关注。在解决“最后一公里”问题和应急通信方面很有发展前景。然而，自由空间光通信是以光为载波，在开放的自由空间中传输信号的，所以很容易受到天气等因素的影响，其中大气湍流是影响无线光通信系统性能的关键因素之一。由大气湍流引起的光强闪烁、相位偏移等效应会严重影响自由空间光链路的传输性能。因此，深入研究大气湍流对光通信系统的影响机理和抑制方法很有必要。另外，由光的传播特性可知，单链路的自由空间光通信系统不适宜长距离通信，为了增大通信系统的通信距离和覆盖范围，论文从中继协作的角度出发，基于指数韦伯（Exponentiated Weibull，简称EW）的FSO链路衰落模型，研究了混合RF/FSO中继系统和全光中继FSO/FSO系统在不同的大气湍流情况和不同的接收机尺寸下的中断性能，具体内容如下：
　　(1)为了解决Log-normal和Gamma-Gamma信道衰落模型的单一适用性，基于Rayleigh-EW信道衰落模型提出中继协作 RF/FSO通信系统。通过对指数韦伯分布型FSO链路中断概率的数值模拟，重点分析了该混合RF/FSO通信系统在不同大气湍流强度下的影响。同时，也推导了系统在高信噪比下的中断概率的渐进表达式，并对系统的分集度进行了分析。
　　(2)为了增大光通信系统的通信距离和覆盖范围，提出了一种对称式的中继协作FSO/FSO自由空间光通信系统，系统采用增益可变的全光中继，并使用副载波调制，重点研究了指数韦伯大气湍流信道下自由空间光通信的中断性能。具体地，首先，基于指数衰落分布推导出了端对端信噪比的累积分布函数，然后得出系统的中断概率表达式，进而分析了高信噪比下中断概率的渐进性能和分集度。最后，通过仿真对比分析了RF/FSO通信系统和FSO/FSO中继系统的中断概率。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 中继协作通信系统的介绍

1.3 国内外研究现状

1.4 论文主要研究内容及章节安排

第2章 无线光通信系统概述

2.1 中继协作系统模型

2.2 大气传输与湍流效应

2.3 孔径平均效应

2.4 副载波调制

2.5 本章小结

第3章 端对端链路的中断性能

3.1 系统的中断概率

3.2 RF链路

3.3 FSO链路

3.4 本章小结

第4章 混合RF/FSO通信系统的性能

4.1 系统和信道模型

4.2 混合系统的性能分析

4.3 解析计算与数值仿真

4.4 本章小结

第5章 全光中继自由空间光通信系统的性能

5.1 系统和信道模型

5.2 全光中继系统的性能分析

5.3 解析计算与数值仿真

5.4 本章小结

结论及展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

声明

致谢