指数威布尔信道下热噪声和散粒噪声对大气激光通信系统误码性能影响研究

摘要

在社会对无线通信传输速率和功能多样性需求不断提高、频谱资源日益匮乏的情况下，如何提高频谱的利用率和增强通信系统性能成为了无线通信技术研究的重点之一。大气激光通信结合了无线通信和光通信的优点，具有高带宽、保密性好、抗干扰能力强、便于安装布局等特点。然而，大气激光通信技术也受到了多方面的制约，例如信号在传输过程中很容易受到大气湍流的影响，造成激光束的衰减、光束漂移和扩展、相位起伏等问题，尤其会受到不同来源噪声的影响，导致系统传输特性劣化。因此有必要在考虑湍流和噪声影响的前提下对大气激光通信系统的传输特性进行深入研究。
　　针对上述问题，论文首先分析了大气湍流对激光信号的影响，然后基于指数威布尔湍流信道模型，采用脉冲位置调制方式，对热噪声和散粒噪声两种不同噪声类型限制条件下的光通信系统误码率特性进行了研究。在此基础上，讨论了当接收端采用雪崩二极管探测器时，探测器的增益和传输距离、调制阶数、接收孔径等参数的关系，为实际应用中的大气激光通信系统设计提供了参考。
　　论文主要工作如下：
　　1、基于指数威布尔衰落信道模型，导出了热噪声限制条件下，采用脉冲位置调制方式的误码率理论公式，继而，利用高斯拉盖尔函数得到了相应的闭合解并利用蒙特卡洛仿真方法验证了理论误码率的正确性。随后，论文对散粒噪声限制条件下的误码率表达式进行了推导并利用高斯拉盖尔函数进行了化简。在此基础上，分析了不同湍流强度、接收孔径和调制阶数下，误码率和信噪比之间的关系，同时和对数正态分布和双伽马分布信道模型进行了对比。
　　2、基于指数威布尔信道模型，导出了使用雪崩二极管探测器时，采用脉冲位置调制方式时的误码率理论表达式，并对基于龙贝格积分法和直接积分表达式的结果进行了比较。在此基础上，研究了当温度、传输距离和调制阶数改变的情况下，雪崩二极管的增益改变和误码率之间的关系，并对最佳探测器增益进行了讨论。结果表明当传输距离、调制阶数和接收孔径改变时，最佳探测器增益变化不大，当温度改变时，最佳探测器增益的改变较大。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究内容和结构安排

第二章 大气激光通信系统概述

2.1大气激光通信系统概述

2.2大气湍流对大气激光通信的影响

2.3本章小结

第三章 热噪声和散粒噪声限制条件下的EW信道中的FSO系统性能研究

3.1指数威布尔分布模型

3.2脉冲位置调制系统理论

3.3噪声限制条件下的误码率推导

3.4仿真结果分析

3.5本章小结

第四章 基于APD光电探测器的大气激光通信系统误码性能研究

4.1系统模型

4.2基于APD探测器的通信系统误码率推导

4.3误码率与APD探测器参数关系分析

4.4本章小结

第五章 总结和展望

参考文献

致谢

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