大气激光通信系统误码特性的实验测量与分析

论文摘要

大气激光通信（Atmosphere Laser Communication,ALC）是指利用激光束作为载体在大气中进行语音、数据、图像信息双向传送的一种技术,它在解决“最后一公里”问题、应急通信等方面有着良好的应用前景。由于激光在大气中传输,会受到大气中各种因素如雾、雨、雪、大气湍流等的影响,使信号误码率增加,能否将大气激光通信推广应用的关键在于大气激光通信系统能否克服气候因素的影响,实现全天候通信。因此,对大气激光通信系统误码特性的实验测量具有十分重要的意义。本文首先分析了大气信道对激光通信系统的影响,介绍了激光大气传输的特性及大气对光束传输的影响。其次对实验测量方案,设备进行了介绍,进行了在不同气象条件下的近地视距实验测量,给出了不同天气情况下的测量结果并进行了详细的分析和讨论。同时实验中获得了大量的实验数据,为进一步建立大气激光通信系统模型提供有力的依据。再次介绍了RS码、RS缩短循环码、LDPC码和Turbo码,利用大气信道编码技术降低了系统的误码率,并对4种纠错码各自的纠错性能进行了分析,对大气激光通信系统误码率的性能改善进行了分析及对比分析。最后对PPM（Pulse Position Modulation）调制解调系统的误码率进行了仿真分析,同时推导了时隙同步精度对系统误码率影响的理论公式。本课题的研究表明气象条件对激光传输的影响很大,但在一定视距内有效的实现大气激光通信是完全可以的,故进一步提高系统对恶劣天气的适应性也是非常必要的,同时利用大气信道编码技术可以大大提高系统的性能。本课题来源于陕西省自然科学基金（2007F12）、陕西省教育厅自然科学基金（07JK332）、国防重点实验室基金（9140C3601010701）和广东省交通厅科研计划（2007-26）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 无线激光通信发展简史
• 1.1.2 大气激光通信的系统组成和工作原理
• 1.1.3 大气激光通信的应用
• 1.1.4 大气激光通信的关键技术
• 1.1.5 大气激光通信系统中的调制解调技术
• 1.1.6 大气激光通信系统的信道编码技术
• 1.2 课题的意义
• 1.3 课题的主要内容
• 2 大气信道对激光通信系统的影响
• 2.1 大气吸收
• 2.2 大气散射
• 2.2.1 瑞利散射
• 2.2.2 米耶散射
• 2.3 大气衰减
• 2.3.1 大气衰减系数
• 2.3.2 透射率的估算
• 2.3.3 大气衰减信道模型
• 2.4 大气湍流的影响
• 2.4.1 大气湍流
• 2.4.2 湍流的统计特性
• 2.4.3 大气湍流的工程描述
• 2.4.4 湍流对激光传输的影响
• 2.5 大气湍流信道模型
• 3 大气激光通信中的信道编码技术
• 3.1 RS码
• 3.1.1 RS码简介
• 3.1.2 RS码对系统误码性能改善分析
• 3.1.3 RS的缩短循环码
• 3.2 LDPC码
• 3.2.1 LDPC码简述
• 3.2.2 LDPC码改善系统性能分析
• 3.3 Turbo码
• 3.3.1 Turbo码的编码原理
• 3.3.2 Turbo码的译码原理
• 3.3.3 Turbo码的性能改善分析
• 3.4 小结
• 4 大气激光通信系统误码率的实验测量
• 4.1 实验链路简述
• 4.2 实验设备介绍
• 4.2.1 大气激光通信机
• 4.2.2 激光器
• 4.2.3 光电探测器
• 4.3 实验原理
• 4.3.1 PPM系统工作原理
• 4.4 实验测量时间统计
• 4.4.1 误码率的实验定义
• 4.4.2 误码率测量精度及可信度与N的关系
• 4.5 误码率的实验测量
• 4.6 小结
• 5 实验结果及分析
• 5.1 误码率的测量结果
• 5.2 实验纠错性能分析
• 5.2.1 RS（15，9）码
• 5.2.2 RS（30，10）码
• 5.2.3 LDPC码
• 5.2.4 Turbo码
• 5.3 信道编码间的纠错性能比较
• 5.4 小结
• 6 系统误码率分析
• 6.1 同步精度对系统误码率的影响分析
• 6.1.1 信道描述
• 6.1.2 PPM调制原理
• 6.1.3 PPM调制解调系统的误码率分析
• 6.1.4 时隙同步精度对系统误码率的影响分析
• 6.2 气象条件对系统误码率的影响分析
• 6.2.1 烟雾对系统误码率的影响分析
• 6.2.2 雨天对系统误码率的影响分析
• 6.2.3 阴天对系统误码率的影响分析
• 6.3 大气激光通信中的问题与解决方案
• 6.3.1 大气的影响及解决方法
• 6.3.2 天气的影响及解决方法
• 6.3.3 平台抖动振动的影响及解决方法
• 6.3.4 背景光干扰的解决方法
• 6.4 小结
• 7 总结
• 7.1 全文总结
• 7.2 今后的工作
• 致谢
• 参考文献