自由空間光通信中相干OFDM及其多跳系統研究.pdf

1、自由空間光通信(FSO)被認為是“最后一公里問題”切實可行的解決方法，因為其傳輸速率高、可用頻帶寬、低功率損耗以及保密性好等優(yōu)點引起了學術界廣泛地關注。此外，FSO系統還具有抗干擾能力強、無需頻譜許可以及協議透明性等優(yōu)點。但當FSO系統的光信號在大氣信道進行傳輸時，大氣隨機波動產生的大氣湍流效應，造成光強起伏和相位噪聲，嚴重影響自由空間光通信系統的通信質量，此外由發(fā)射端和接收端未瞄準帶來的瞄準誤差以及由光信號透過大氣中的粒子而產生的吸收

2、和散射引起的鏈路損耗也會影響系統鏈路的性能。
　　利用正交頻分復用(OFDM)技術可以產生更高的數據速率，也可以有效地抑制符號間干擾(ISI)，因其抵抗頻率選擇性衰落和窄帶噪聲能力強，較高的頻帶利用率，可以很好的抑制隨機衰落效應，開始逐漸出現在自由空間光通信領域。系統采用相干探測方式具有接收靈敏度高、平均信噪比高等優(yōu)點，但是在實際系統中很難保證信號光和本振光的頻率穩(wěn)定度，真正實現起來比較困難。
　　本文結合OFDM和相干探測

3、的優(yōu)點，提出了一種新的基于虛擬本振的可調諧光相干探測OFDM FSO系統，解決了很難實現信號光與本振光的頻率穩(wěn)定度在較高數量級的問題。重點分析了系統的中斷性能和誤符號性能。同時，從系統部署和連接方面出發(fā)，研究了多跳相干OFDM FSO系統性能。為相干OFDM FSO系統的實際應用提供了理論參考。研究的具體內容如下：
　　首先，論述了OFDM FSO系統的基本原理，采用適合描述所有湍流強度的Gamma-Gamma大氣湍流信道模型，不

4、僅考慮了光強起伏，也考慮了大氣湍流引起的相位誤差對該系統性能的影響。給出了基于虛擬本振的可調諧相干OFDM FSO系統的具體模型和實現方案。
　　其次，我們較全面地考慮了不同子載波個數下弱、中、強湍流引起的光強閃爍和相位起伏對相干OFDM FSO系統的中斷性能和誤符號性能的影響。利用系統達到一定誤符號率時所需的平均接收光功率，進一步說明與直接探測方式相比，采用相干探測方式可以提高系統的靈敏度。推導出在不同子載波個數下系統中斷概率和

5、誤符號率的閉合表達式。為相干OFDM FSO系統設計、參數選擇提供了依據。
　　最后，為了擴大發(fā)射端覆蓋范圍，提高系統設計的靈活性，針對串行譯碼轉發(fā)(DF)中繼傳輸方式，提出了多跳相干OFDM自由空間光通信系統模型。在研究大氣信道衰落模型中，主要考慮大氣湍流引起的光強閃爍以及由發(fā)射端和接收端未瞄準偏差和路徑損耗三者的共同作用。推導出串行DF中繼傳輸方式下的多跳相干OFDM FSO系統的中斷概率和誤符號率的MeijerG函數的閉合表