无线光通信系统的大气信道特性研究

论文摘要

无线光通信大气信道特性研究是各种地基民用和军用激光通信系统开发和应用中必须首先要研究的关键问题。论文首先对无线光通信的发展历程及各国研究现状,关键技术,优缺点及应用前景进行了概述。然后总结分析了激光信号的大气衰减效应和大气湍流效应。并应用数值计算方法,计算了激光信号通过大气随机信道时的衰减特性,得出了大气透过率与传输距离和波长的关系。结果表明,云雾的衰减一般比气溶胶的大,随着能见度的降低增加较快,即云雾对激光系统的应用有很大的限制作用。同时对湍流大气中的激光强度起伏进行了研究。鉴于通信系统误码率的重要性,利用激光在雾和湍流中传输的误码率计算模型,计算了不同能见度和传输距离下的误码率,结果表明,误码率不但与云雾的衰减有关,而且与湍流强度有关。波长越长误码率越小,湍流强度是产生误码率的主要因素。在地空路径,湍流对误码率的影响相对要小,路径仰角愈大影响愈小。湍流内尺度对误码率也有一定的影响,但相对于湍流强度的改变所产生的影响要小。因此,湍流强度的变化是影响激光无线通信中信号传输误码率的主要因素。最后,从大气信道方面介绍了提高无线光通信系统性能的有效方法。这些研究对无线光通信系统的开发和应用具有重要的学术意义和实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究发展动态
• 1.3 本文主要工作和创新点
• 第二章 大气粒子对无线光通信大气信道的影响
• 2.1 引言
• 2.2 分子的散射与吸收
• 2.3 大气气溶胶的物理特性
• 2.3.1 大气气溶胶
• 2.3.2 大气霾粒子的尺度模型
• 2.3.3 云雾粒子的物理特征
• 2.4 气溶胶引起激光传输衰减
• 2.4.1 霾引起激光的衰减模型和Mie散射理论
• 2.4.2 气溶胶引起光衰减的计算方法
• 2.4.3 霾和云、雾引起光衰减的计算分析
• 2.5 陕西西安地区云雾的特点
• 2.6 小结
• 第三章 大气湍流对无线光通信大气信道的影响
• 3.1 大气湍流概述
• 3.1.1 湍流大气模型
• 3.1.2 大气折射率结构常数
• 3.1.3 中国北方地区大气折射率结构常数
• 3.2 激光在水平传输中的闪烁效应研究
• 3.2.1 修正Rytov近似理论
• 3.2.2 水平路径对数振幅方差和强度方差
• 3.3 激光在斜程传输中的闪烁效应研究
• 3.3.1 斜程传输的修正Rytov方法概述
• 3.3.2 零内尺度时的斜程传输闪烁指数
• 3.3.3 非零内尺度影响时的斜程传输闪烁指数
• 3.4 本章小结
• 第四章 无线光通信大气信道引起的误码率分析
• 4.1 接收端机误码率分析
• 4.1.1 接收机噪声
• 4.1.2 PIN接收机
• 4.1.3 APD接收机
• 4.1.4 接收机灵敏度
• 4.1.5 最小平均接收光功率
• 4.2 雾对无线光通信系统误码率的影响
• 4.3 湍流中光强起伏对误码率的影响
• 4.3.1 水平路径激光通信误码率分析
• 4.3.2 斜程传输路径激光通信误码率分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 大气信道引起的系统误码率解决方法
• 5.1 大功率发射及高灵敏度接收技术
• 5.1.1 大功率发射技术
• 5.1.2 高灵敏度和高抗干扰性的光信号接收技术
• 5.2 多孔径发射技术
• 5.3 信道编码技术
• 5.3.1 大气光信道误码率特性
• 5.3.2 信道编码的码型和方案的选择
• 5.3.3 自适应信道编码
• 5.4 自适应光学技术
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文情况