无线光自适应副载波调制系统特性研究

摘要

无线光通信(Wireless Optical Communlcation，WOC)是利用激光束作为信息载体，实现信息传输的无线宽带通信技术。激光信号在大气空间中传输必然会受到大气湍流的影响，大气湍流会给接收端信号的检测带来巨大困难，造成系统性能的降低，严重时会造成系统通信中断。研究自适应副载波调制技术和多输入多输出技术(Multiple Input Multiple Output，MIMO)可以抑制大气湍流引起的信道衰落影响，有效改善无线激光通信系统的性能。本文的主要内容包括： 1、阐述了大气信道对光信号传输产生的影响，包括大气吸收、大气散射及大气湍流效应。研究了Malaga大气湍流信道模型，根据Malaga大气湍流光强起伏概率密度函数推导了其分布函数的MeijerG函数表达式。在Malaga湍流信道下，推导了非自适应副载波MDPSK和MPSK两种调制系统平均误比特率以及信道容量公式，对两种调制下的系统特性进行了对比分析。 2、建立了无线光自适应副载波调制系统，阐述了系统工作原理，并对系统特性进行了理论分析。在Malaga大气湍流信道下，采用MeijerG函数及其性质分别推导了自适应MDPSK和MPSK两种调制系统的频谱效率、平均误比特率以及中断概率渐近表达式，数值仿真对比分析了非自适应和自适应副载波调制系统的各项性能。 3、将自适应副载波调制应用于无线光MIMO系统中，基于接收端等增益分集合并技术，采用MeijerG函数及其性质分别推导了Malaga信道下无线光MIMO自适应MDPSK和MPSK两种调制系统的频谱效率、平均误比特率以及中断概率的渐近表达式，同时推导了MIMO系统中非自适应调制系统的平均误比特率，数值仿真对比分析了多输入多输出(MIMO)系统和单输入单输出(Single Input Single Output，SISO)系统各项性能。 数值仿真结果表明：无线光自适应副载波调制可以有效抑制大气湍流导致的信道衰落，与非自适应调制系统相比，自适应调制系统不但在相同电信噪比下可获得更低的平均误比特率，还可以大大提高频谱效率,而不需要增加额外传输功率或牺牲系统误比特率性能。将自适应副载波调制技术应用于MIMO中，随着发射和接收端数目的增加，可以更加有效地改善无线激光通信系统性能。

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1 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 无线光通信发展概况

1.2.2 副载波强度调制发展现状

1.2.3 自适应传输技术发展现状

1.2.4 无线光MIMO技术发展现状

1.3 本文的主要工作和内容安排

2 大气信道对通信系统的影响

2.1 大气吸收

2.2 大气散射

2.2.1 瑞利散射

2.2.2 米氏散射

2.3 大气湍流

2.3.1 光强闪烁

2.3.2 光束漂移

2.3.3 光束扩展

2.4 大气湍流信道模型

2.4.1 Lognormal分布信道模型

2.4.2 Gamma-Gamma分布信道模型

2.4.3 K分布信道模型

2.4.4 Malaga分布湍流信道

2.5 本章小结

3 无线光通信调制技术

3.1 开关键控调制

3.2 脉冲调制

3.3 副载波强度调制

3.3.1 副载波多进制相移键控

3.3.2 副载波多进制差分相移键控

3.3.3 Malaga湍流信道下非自适应副载波调制性能

3.4 本章小结

4 无线光自适应副载波调制系统

4.1 自适应副载波调制系统

4.2.1 频谱效率

4.2.2 平均误比特率

4.2.3 中断概率

4.3.1 频谱效率

4.3.2 平均误比特率

4.4 本章小结

5 无线光MIMO自适应副载波调制系统

5.1 无线光MIMO副载波调制系统工作原理

5.2 无线光MIMO非自适应副载波调制系统平均误比特率

5.3 无线光MIMO自适应副载波调制系统性能

5.3.1 频谱效率

5.3.2 平均误比特率

5.3.3 中断概率

5.4 MIMO中非自适应与自适应调制系统误比特率性能比较

5.5 本章小结

6.1 总结

6.2 工作展望

致 谢

参考文献

附 录