空间光通信脉冲振幅调制信号矫正算法研究

摘要

科技的不断创新造就了时代的不断更迭，人类社会已经从农耕时代，工业时代，信息时代，向数据时代，人工智能时代大步迈进。对于通信质量的需求也越来越高，从前的电通信时代已经被光通信时代取代，便携的无线通信，高速率的光纤通信，已经运用在家家户户中，可是他们也都各有利弊，本文主要介绍空间光通信技术，他结合了无线通信和光纤通信的优点，在解决“最后一公里”场景上能够发挥巨大的作用，但是需要解决大气信道影响通信质量这个无法回避的问题。本文就是基于此进行展开，使用了人工智能领域的机器学习算法支持向量机来对接收端接收到的信号进行矫正。 本文首先介绍了空间光通信的基本理论，介绍了描述大气湍流基本模型，包括光强起伏模型和相位起伏模型，介绍了描述大气湍流最为基本的几个参数和概念，为下文打下基础。 然后介绍了仿真一段大气湍流常用的大气相位屏，并使用两种方法进行仿真和比较，基于其中一种方法，使用多相位屏的叠加仿真激光在一段大气湍流中的传输，结合Taylor冰冻流假设，仿真计算随时间变化的光强闪烁和相位起伏，为下文做铺垫。 最后基于光强闪烁模型，先使用OOK信号调制仿真计算，然后拓展为PAM四振幅调制方法，仿真计算了PAM信号随时间的变化，将时间进行分组分块后，使用机器学习方法支持向量机进行分类判决，配合盲检测和最优理论检测，分析比较得出支持向量机所起的信号矫正作用。

目录

声明

致谢

摘要

1绪论

1．1空间光通信课题背景

1．2国内外研究进展

1．3本文的主要内容和章节安排

1．4本文的主要创新点

2空间光通信的理论基础与信道模型

2．1空间光通信系统模型

2．2空间光通信基本理论

2．2．1大气衰减效应

2．2．2 Kolmogorov湍流模型

2．2．3光束在大气湍流中的传输理论

2．3空间光通信信道模型

2．3．1大气结构常数

2．3．2光强起伏模型

2．3．3相位起伏模型

2．4实验计算和结果分析

2．5本章小结

3激光在大气湍流中的传输理论

3．1大气湍流相位屏理论与仿真

3．1．1相位屏概述

3．1．2 Fried参数和相位结构函数

3．1．3泽尼克多项式

3．1．4谱反演法相位屏

3．1．5单相位屏的仿真结果

3．2激光通过大气相位屏理论与仿真

3．2．1分布多相位屏的叠加

3．2．2高斯光束的计算仿真

3．3光强闪烁和相位起伏仿真

3．4本章小结

4空间光通信信号矫正算法

4．1支持向量机介绍及基本原理

4．2基于支持向量机的信号矫正过程

4．3 OOK信号处理与算法矫正

4．3．1 OOK信号仿真过程与结果

4．3．2 C2n=5．02，* 10-15m-2／3条件下仿真结果

4．3．3C2n=1．13 * 10-13m-2／3条件下仿真结果

4．4 PAM四振幅信号处理与算法矫正

4．4．1 PAM信号仿真过程与结果

4．4．2C2n=5．02 * 10-15m-2／3条件下仿真结果

4．4．3C2n=1．13 * 10-13m-2／3条件下仿真结果

4．5本章小结

5总结和展望

5．1总结

5．2展望

参考文献

作者简历及在读期间科研成果