无线光通信系统信道特性研究与仿真平台设计

摘要

无线光通信技术以其容量大、无须授权执照、安全保密性强、成本较低、建网快速、协议透明、设备尺寸小等优点,应用前景非常广阔。但是目前无线光通信技术的发展仍然受到很多因素的制约,其中最主要的因素之一就是大气信道的影响。因此,本文重点研究大气信道的特性,分析大气衰减信道(雨、雾、云、雪)和湍流信道对无线光通信的影响。
　　首先,从大气的吸收和散射理论出发,研究了大气衰减信道的特性,总结了四种衰减信道的经验衰减模型,根据ITU-R P.1622模型推导出了云的特征衰减公式,结合多次散射理论分析了云的多径效应对激光传输的影响。研究发现,适当选择长波长激光器,大发射仰角、高于1km海拔高度安装地面站可以有效地减小大气衰减对激光传输的影响。
　　其次,基于ITU-R P.1621/1622模型研究了湍流对激光传输的影响,根据基尔霍夫衍射理论,利用Matlab软件对接收光斑进行了模拟,并分析了波长、湍流强度、传输距离和出光孔径对光强的影响,推导出了湍流信道的误码率公式。研究表明,相同情况下,平面波的误码率比球面波的大;地-空方向的误码率比空-地方向的大。适当选择长波长激光器,大发射仰角、大接收孔径(空-地方向)可以有效地减小光强闪烁对光信号传输的影响。
　　最后,基于无线光通信中光强度调制/直接检测系统的原理和对大气信道特性的研究,建立了光强度调制/直接检测系统的数学模型,提出了一种基于C++Builder6的数值化无线光通信系统仿真平台的可视化设计方案。该系统设计简单,可操作性强,能实时的模拟光强度调制/直接检测的整个过程,直观形象地分析大气信道的特性。
　　本论文为无线光通信的进一步研究与开发提供了一定的理论依据,也为教学演示及实验提供了经济、实用的仿真平台。

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第一章 绪论

§1.1 无线光通信的研究背景

§1.2 国内外研究现状

§1.3 主要研究内容和安排

第二章 大气衰减信道对无线光通信的影响分析

§2.1 雨对无线光通信的影响

§2.2 雪对无线光通信的影响

§2.3 雾对无线光通信的影响

§2.4 云对无线光通信的影响

§2.5 本章小结

第三章 大气湍流信道对无线光通信的影响分析

§3.1 湍流的特性参数

§3.2 湍流对激光传输的影响

§3.3 大气湍流信道模型

§3.4 大气湍流信道的误码率

§3.5 本章小结

第四章 无线光通信系统仿真平台的设计

§4.1 无线光通信系统的原理[1]

§4.2 光强度调制/直接检测系统的原理[1] [2] [32][43]

§4.3 无线光通信系统仿真平台的设计

§4.4 克服大气信道对无线光通信系统性能影响的措施

§4.5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果