副载波调制非光域外差检测无线光通信关键技术及其实验研究

摘要

大气激光通信技术近年来逐渐引起了人们的重视，但大气信道衰减成为该技术付诸应用的最大障碍。提高检测灵敏度是抑制大气湍流的途径之一，相干检测是提高无线光检测灵敏度的重要方法。本文提出了一种新的非光域外差检测方法，检测灵敏度与经典方法相当但切实可行。
　　本研究主要内容包括：⑴提出了一种新的基于副载波调制（Subcarrier Modulation，SCM）的非光域外差检测（Non-optical Heterodyne Detection，NOHD）方法，通过本振光强度信号和信号光强度信号进行平方处理构造交叉项，用本振信号对信号光信号进行放大提高检测灵敏度。建立了无线激光通信中的NOHD模型，详细讨论了外差检测增益并进行了仿真实验验证，为该方法的付诸实施奠定了理论基础。⑵理论推导出加性噪声下NOHD接收信噪比、误码率与检测灵敏度，针对大气湍流效应，详细分析了系统平均信噪比和平均误码率，进行了加性噪声、乘性噪声和混合噪声下系统仿真实验，为 SCM/NOHD的应用提供了实验依据。⑶采用NOHD方法检测正交频分复用光信号，建立系统数学模型，理论研究湍流信道子载波平均载噪比和平均误比特率的闭合表达式，数值分析了正交频分复用光信号NOHD接收性能，详细讨论了大气湍流信道多普勒频移及非线性调制效应对系统的影响，通过外场实验验证了该方法的可行性。⑷搭建了一套NOHD实验系统，采集不同副载波调制方式信号光的NOHD检测信号，分析了差频信号的功率谱、解调信号眼图和座图，证明了NOHD方法的可行性。完成了1 k m大气湍流链路通信实验，实验结果证明该系统可获得比直接检测高20dB左右的外差增益，验证了NOHD模型，为该方法的工程应用提供实验依据。

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