發(fā)布時(shí)間：2017-05-14 20:11

  本文關(guān)鍵詞：基于指數(shù)韋布爾分布的無線光通信的研究與優(yōu)化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線光通信又稱自由空間光通信,是伴隨著大功率半導(dǎo)體激光器和高靈敏度光電探測(cè)器件迅猛發(fā)展而重新興起的一種通信方式。它具有容量大、頻帶寬、保密性強(qiáng)、安裝快捷、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),有著廣泛的應(yīng)用前景。然而,無線光通信系統(tǒng)性能很大程度上會(huì)受到大氣湍流以及指向誤差的影響而下降。為此,正確的認(rèn)識(shí)大氣湍流對(duì)傳輸光信號(hào)的影響機(jī)理對(duì)設(shè)計(jì)有效、靈敏、低廉的無線光通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)是非常有價(jià)值的。本文主要從大氣湍流的非柯爾莫戈洛夫性,大氣湍流導(dǎo)致的光強(qiáng)起伏(光強(qiáng)閃爍)、光束擴(kuò)散與漂移和大氣氣溶膠的光散射與吸收所導(dǎo)致的路徑衰減,通信系統(tǒng)發(fā)射端和接收端之間不對(duì)準(zhǔn)引起的指向誤差等多方面來研究湍流大氣信道對(duì)無線光通信通信系統(tǒng)性能的影響。尋找能合適模擬湍流大氣導(dǎo)致的光強(qiáng)閃爍的統(tǒng)計(jì)規(guī)律對(duì)無線光通信的研究是非常重要的。人們已經(jīng)提出多種光強(qiáng)閃爍統(tǒng)計(jì)模型,其中最為廣泛接受的2種光強(qiáng)閃爍統(tǒng)計(jì)模型是對(duì)數(shù)正態(tài)分布模型和伽馬-伽馬分布模型。實(shí)驗(yàn)研究表明,當(dāng)存在孔徑平滑的時(shí),對(duì)數(shù)正態(tài)分布模型和伽馬-伽馬分布模型二者都不適用于描述完整由弱到強(qiáng)的光強(qiáng)閃爍區(qū)域。然而,最近提出來的指數(shù)韋布爾分布模型適用于模擬采用有限孔徑接收器的從弱到強(qiáng)的整個(gè)光強(qiáng)閃爍區(qū)域的光信號(hào)強(qiáng)度隨機(jī)波動(dòng)。提高無線光通信系統(tǒng)通信性能的系統(tǒng)優(yōu)化方式有多種,選擇一種合適的優(yōu)化方式有助于設(shè)計(jì)可靠的無線光通信系統(tǒng)。本論文考慮到了無線光通信系統(tǒng)的光信號(hào)在大氣中傳輸?shù)奶攸c(diǎn)以及實(shí)際系統(tǒng)中需要考慮到多種因素對(duì)它的共同作用,采用強(qiáng)度調(diào)制／直接探測(cè)的方式,從理論上分析了塊狀編碼優(yōu)化方式與選擇分束結(jié)合技術(shù)對(duì)無線光通信系統(tǒng)性能的優(yōu)化效果,建立了對(duì)數(shù)正態(tài)分布與指數(shù)韋布爾分布信道模型的無線光通信系統(tǒng)的信道容量模型,具體成果如下：1)在弱起伏湍流大氣水平通信信道中,運(yùn)用對(duì)數(shù)正態(tài)信道統(tǒng)計(jì)分布模型,考慮到大氣湍流的非柯爾莫哥洛夫性、系統(tǒng)指向誤差,以及湍流的內(nèi)尺度與外尺度的影響,建立了與實(shí)際情況更接近的無線光通信系統(tǒng)的平均信道容量預(yù)測(cè)模型。2)采用大氣閃爍的指數(shù)韋布爾統(tǒng)計(jì)分布模型,考慮傳播光束的擴(kuò)展與漂移,大氣衰減,系統(tǒng)指向誤差以及大氣湍流的非柯爾莫哥洛夫指數(shù)影響,我們建立了適用于整個(gè)湍流起伏區(qū)的無線光通信系統(tǒng)的平均信道容量模型。通過數(shù)值研究得出如下結(jié)論：①大尺度閃爍和小尺度閃爍進(jìn)入到飽和區(qū)域的條件以及影響都不一樣；②在強(qiáng)的湍流強(qiáng)度環(huán)境下,兩種閃爍先后進(jìn)入到飽和區(qū)域,而受其影響,平均信道容量隨傳輸距離的變化是相當(dāng)復(fù)雜的；③在弱到中等的湍流強(qiáng)度環(huán)境下,大氣能見度對(duì)于無線光通信是一個(gè)重要的制約問題,能見度越高,通信質(zhì)量越好；④在強(qiáng)的湍流強(qiáng)度環(huán)境下,非柯爾莫戈洛夫指數(shù)對(duì)無線光通信系統(tǒng)的影響比較劇烈,指數(shù)越大,平均信道容量越大；⑤無論是在弱還是強(qiáng)的湍流強(qiáng)度環(huán)境下,指向誤差的影響都是非常重要的,采用自適應(yīng)追蹤技術(shù)能夠有效減小指向誤差,提高無線光通信質(zhì)量；⑥在中等到強(qiáng)的湍流強(qiáng)度環(huán)境下,接收器孔徑越大,平均信道容量越大,而在弱和飽和湍流強(qiáng)度區(qū)域,接收器孔徑的影響可以忽略。這表明,在中等到強(qiáng)湍流強(qiáng)度環(huán)境,孔徑平滑技術(shù)對(duì)無線光通信性能的提升是非常有益的。3)基于大氣閃爍的指數(shù)韋布爾分布模型,采用在接收端添加特定額外信息達(dá)到糾正傳輸過程中所產(chǎn)生錯(cuò)誤的塊狀編碼,研究了強(qiáng)湍流大氣斜程信道對(duì)無線光通信系統(tǒng)的塊狀誤碼率性能的影響,分析了湍流大氣中非柯爾莫哥洛夫功率譜指數(shù)、光束漂移與擴(kuò)散,以及指向誤差對(duì)編碼系統(tǒng)的影響。4)選擇分束結(jié)合技術(shù)可以最大限度地提高結(jié)合光信號(hào)的質(zhì)量,降低湍流所導(dǎo)致的信號(hào)衰減。采用選擇分束結(jié)合技術(shù)的指數(shù)韋布爾分布型無線光通信系統(tǒng),在整個(gè)閃爍起伏環(huán)境下,建立了無線光通信系統(tǒng)的中斷概率、平均誤碼率和平均信道容量模型。研究發(fā)現(xiàn),和孔徑平滑技術(shù)一樣,在中等到強(qiáng)的湍流強(qiáng)度環(huán)境下,選擇分束結(jié)合技術(shù)對(duì)無線光通信系統(tǒng)性能提高的效果最為明顯。
【關(guān)鍵詞】：無線光通信 指數(shù)韋布爾分布模型 大氣湍流信道 系統(tǒng)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 論文的基本結(jié)構(gòu)13-14
• 第二章 大氣湍流對(duì)無線光通信系統(tǒng)的影響機(jī)理14-27
• 2.1 大氣湍流14-15
• 2.2 大氣折射率結(jié)構(gòu)參數(shù)15-16
• 2.3 大氣折射率功率譜模型16-18
• 2.4 大氣湍流效應(yīng)對(duì)無線光通信系統(tǒng)的影響18-27
• 2.4.1 光強(qiáng)閃爍18-20
• 2.4.2 光強(qiáng)閃爍概率分布模型20-24
• 2.4.3 光束的擴(kuò)展與漂移24-25
• 2.4.4 大氣衰減25-26
• 2.4.5 指向誤差26-27
• 第三章 指數(shù)韋布爾分布型無線光通信信道研究27-39
• 3.1 湍流大氣通信信道模型27-31
• 3.1.1 對(duì)數(shù)正態(tài)大氣湍流衰減信道27-28
• 3.1.2 指數(shù)韋布爾大氣湍流衰減信道28-31
• 3.2 平均信道容量31-35
• 3.2.1 指數(shù)韋布爾型無線光通信系統(tǒng)的平均信道容量31-35
• 3.2.2 對(duì)數(shù)正態(tài)型無線光通信系統(tǒng)的平均信道容量35
• 3.3 平均誤碼率35-37
• 3.4 中斷概率P_(out)37-39
• 第四章 指數(shù)韋布爾型無線光通信優(yōu)化研究39-52
• 4.1 孔徑平滑技術(shù)39-41
• 4.2 塊狀編碼技術(shù)41-42
• 4.3 空間選擇分束結(jié)合技術(shù)42-52
• 4.3.1 選擇分束結(jié)合系統(tǒng)中斷概率44-46
• 4.3.2 選擇分束結(jié)合系統(tǒng)平均誤碼率46-49
• 4.3.3 選擇分束結(jié)合系統(tǒng)平均信道容量49-52
• 主要結(jié)論與展望52-53
• 主要結(jié)論52
• 展望52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文58

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