大气湍流和指向误差下混合RF/FSO航空通信系统性能分析

基于解码-转发中继方式,研究了混合射频/自由空间光(RF/FSO)航空通信系统性能。采用副载波多进制相移键控调制方式,建立了孔径平均作用下混合RF/激光通信系统模型,其中FSO通信链路采用指数型Weibull大气湍流信道的同时考虑指向误差影响,射频通信链路为Nakagami-m衰落信道。利用Meijer′s G函数推导得到航空激光通信系统平均误码率和中断概率的闭合表达式。在不同湍流强度和接收孔径大小条件下,对比分析了中断概率及误码率性能。仿真结果表明,与弱湍流条件相比,中等湍流强度条件下指向误差对系统中断性能影响较小;孔径平均效应可有效改善混合RF/FSO传输系统的性能;FSO信道对混合系统性能起主要作用。     

基于SC分集的混合FSO/RF航空通信系统性能分析

研究了基于选择合并(SC)分集的混合激光/射频(FSO/RF)航空通信系统性能,该系统设计简单且在发射端无需信道状态信息(CSI)。激光链路服从平均孔径效应下的Exponentiated Weibull大气湍流分布模型,射频采用Nakagami-m衰落信道模型,推导求出混合FSO/RF航空通信系统接收端信噪比的累积分布函数,进一步利用Meijer′s G函数推导了混合FSO/RF通信系统中断概率以及平均误码率的闭合表达式,通过仿真对比分析了不同湍流强度、调制方式及分集通信方案对系统中断、误码性能的影响。仿真结果表明,混合FSO/RF航空通信系统有效地利用了FSO及RF链路在不同大气信道条件下的互补性质,具有更优的中断和误码性能;采用BPSK调制能有效降低大气湍流对混合FSO/RF航空通信系统的影响;信噪比高时,并行传输、分集接收的通信方案对系统误码性能的改善要优于低阶调制对误码性能的改善。     

基于2×2放大转发中继的混合RF/FSO系统性能分析

基于放大转发中继方式,研究了2×2中继条件下混合RF/FSO航空通信系统性能。FSO链路服从适于孔径平均条件下的Exponentiated Weibull大气湍流分布模型,RF通信链路为Nakagami-m衰落信道。建立2×2中继混合RF/FSO通信系统模型,利用Meijers’G函数推导求出航空激光通信系统信噪比的概率分布函数及累积分布函数,进一步推导混合通信系统平均误码率和中断概率的闭合表达式。通过仿真分析了不同大气湍流强度、孔径尺寸和调制方式对平均误码率和误码率的影响。仿真结果表明,混合系统中断概率及误码率受湍流强度影响较大,孔径平均效应可有效改善混合RF/FSO传输系统的性能;固定增益中继方式下,混合RF/FSO系统性能主要由RF链路决定;在固定增益中继混合RF/FSO系统中起主要作用;可变增益中继混合RF/FSO系统中,具有较小信噪比的链路在对系统性能的影响起主要作用。     

同频干扰下混合MUD-RF/FSO航空中继通信系统性能分析

为了建立同频干扰条件下的混合射频/自由空间光(Radio Frequency/Free Space optical,RF/FSO)航空中继通信系统链路精确模型,提出多用户分集(Multi-User Diversity,MUD)的航空平台RF/FSO混合链路性能分析方法.以独立且同分布的Nakagami-m衰落信道表征射频(Radio Frequency,RF)用户信号和同频干扰(Co-Channel Interfer-ence,CCI)信号信道;构建了指数Weibull分布大气湍流与Rayleigh分布指向误差的FSO信道传输模型;在电光转换中继节点采用解码转发协议降低噪声累积.基于系统端到端等价信噪比累积分布函数,获得了RF/FSO混合链路中断概率及平均误码率表达式.研究结果表明,采用相干二进制相移键控调制时,系统误码性能最优;可通过增加用户数的方式来减弱干扰信号的影响.     

大气湍流综合效应下空间分集接收性能研究

分析和研究大气湍流和瞄准误差综合效应下,空间分集接收技术对差分相移键控(DPSK)光通信性能的改善。在不同湍流情况下,讨论采用多入多出(MIMO)和单入多出(SIMO)空间分集技术的系统性能;并将3种分集合并技术对系统误码率(BER)和中断概率的影响进行分析;采用广义超几何方法推导出自由空间光通信(FSO)系统误码率闭合表达式。由分析和实验结果可知:空间分集技术可以提高系统误码率并降低中断概率,有效地改善大气湍流引起的信道衰落;当分集数增大时,系统性能改变越明显。对比3种分集技术,最大比合并接收分集技术最为优越。     

具有能量收集的双向RF/FSO中继系统性能分析

设计了一种在大气湍流和指向误差影响下的带有能量收集的混合双向RF/FSO中继传输系统。RF信号部分采用能量分割的方式进行能量收集,FSO信号部分则将其信号中的直流电分量所携带的能量收集起来存储在中继器中。其中射频RF链路采用Nakagamim信道衰落模型,自由空间光FSO链路采用Gamma Gamma信道衰落模型。并且计算出了两条链路各自的累积分布函数CDF。采用DF的中继协作方式,并利用Meijei G函数推导出系统中断概率的闭合表达式,最终通过仿真来验证结果的正确性。     

大气衰减和大气湍流效应下多输入多输出自由空间光通信的性能

为了减小大气衰减效应和大气湍流效应对自由空间光通信的影响,采用了多输入多输出技术。假定自由空间光通信系统采用开关键控强度调制直接探测,信道独立同分布、无记忆平稳遍历并且具有加性高斯白噪声,在发射端和接收端都可以获取理想信道状态信息;建立了综合大气效应下多输入多输出信道模型和系统模型,推导了等增益分集合并下自由空间光通信系统的遍历容量和中断概率闭合表达式,仿真分析了各种天气条件和大气湍流对空间光通信链路的影响,结果显示随着发射孔径和接收孔径的数目增多,大气效应的影响逐渐减小,通信系统性能随之提高。从系统复杂度及性能提高程度综合考虑,选择2个发射孔径、2个接收孔径较为合适。     

智能反射面辅助的混合FSO/RF系统建模和分析

针对自由空间光(FSO)链路视距受限问题，提出了一种光智能反射面（OIRS）辅助的混合FSO/射频(RF)系统，介绍了系统模型。OIRS用于解决障碍物遮挡问题，其辅助的FSO链路服从几何和抖动误差下的Malaga分布，RF链路服从任意相关的Nakagami-m分布，并在目的节点采用等增益合并接收技术。推导了混合FSO/RF系统的中断概率、平均误码率的闭合表达式，并对中断概率进行渐近分析。仿真结果表明：OIRS辅助的混合FSO/RF系统中断和误码性能取决于质量更差的一条信道，二进制相移键控调制误码性能优于二进制频移键控调制。     

Exponentiated Weibull大气湍流下航空激光通信性能分析

研究了Exponentiated Weibull(EW)大气湍流信道 下航空激光通信的性能,综合考虑大气 湍流及气动光学效应的影响,利用Meijer′s G函数推导出了航空激光通信链路的性能指标 的 闭合表达式,包括平均误码率(BER)、中断概率及平均信道容量。在不同 的航空飞行条件下,根据 平均BER、中断概率和平均容量闭合表达式分别给出了数值仿真实例,分析了航空飞行高 度、传输距离、信噪比(SNR)与航空激光通信系统性能的关系,同时分析了孔径平均效应对 航空激光通信链路性能改善作用。     

基于FSO系统的多进制LT码性能分析

为克服空间光通信(FSO)链路受大气湍流效应的影响,将LT码应用到FSO系统中.多进制LT码具有较高的传输效率.提出一种新型度分布函数来改善多进制LT码的译码性能.计算不同进制LT码的译码失败率,并模拟强湍流信道,对采用不同编码方案的FSO性能进行仿真.结果表明:采用新型度分布的LT码能够降低译码失败率,且能有效改善FSO系统在强湍流情况下的性能.     

逆向调制光通信的大气湍流及孔径平均效应

研究了逆向调制光通信回波反射链路中的大气湍流效应及抑制方法。利用相位屏方法模拟大气湍流效应,建立了弱湍流情况下高斯光束在传统无线光通信和逆向调制光通信中的传播模型,对比分析了高斯光束在传统自由空间光通信单向链路和逆向调制光通信双向链路中大气湍流引起的闪烁指数。结果显示大气湍流对逆向调制光通信回波反射链路的影响远大于对传统自由空间光通信中单向链路的影响。还研究了孔径平均效应对逆向调制光通信中回波反射链路中闪烁指数的影响。结果表明,对于逆向调制光通信,大的接收孔径对于大气闪烁的抑制依然有效。     

移动平台上空间光通信系统性能研究

针对移动平台空间光通信信道的大气湍流随机性强、指向误差大和链路高动态性等问题,建立适合于移动平台的大气信道模型,并进一步推导出采用脉冲调制(PPM)调制的通信系统端到端信道容量和中断概率的解析表达式。仿真分析了在大气弱湍流、中强湍流两种情况下,信噪比、系统分集、指向误差及通信距离等对通信系统中断概率的影响。结果表明,指向误差不宜超过1mrad;通信距离每增加1km,中断概率上升8~11dB。     

1 Gbps实时传输的自由空间光通信链路损耗

远距离自由空间光学（FSO）通信系统面临的最大挑战是在大气湍流影响下信号传输会造成光强度衰减/波动,导致通信链路中断。文中提出了一种基于通信系统接收功率的对数正态统计来计算由湍流引起的通信链路损耗的方法,可评估指导FSO通信系统中的系统参数。文中模拟了不同强度湍流影响,接收终端口径为2 cm、20 cm条件下,850 nm、1 550 nm波长的光通信链路损耗与传输距离的关系。然后利用模拟分析结果设计了一个接收口径为20 cm的FSO通信系统,在强湍流条件下完成~2 km距离传输高清图像和视频。FSO通信系统的传输速率为1 Gpbs,与4 G网络相比,可以满足大量无压缩数据流传输的清晰度和实时性。     

全光自由空间光通信中继协作方案的研究

提出了一种结合副载波强度调制直接探测技术和全光放大转发中继的自由空间光通信(FSO)系统的基本结构,考虑背景噪声和放大自发辐射噪声对系统性能的影响,建立了Gamma-Gamma湍流模型下的全光通信系统模型。提出了两种中继协作方案,即全活跃中继方案与选择中继方案,基于相应的方案给出功率分配方式,仿真对比了中继辅助传输链路与直传链路的中断概率,以及在不同信道参数及中继数下采用这两种方案的系统中断概率。结果表明,中继传输能够明显改善链路的性能,选择中继方案优于全活跃中继方案。     

Gamma-Gamma大气湍流中部分相干光通信系统性能研究

部分相干光在湍流大气中传输时,可以有效抑制湍流所引起的光强闪烁效应,从而改善通信链路性能。针对Gamma-Gamma大气湍流信道模型和部分相干光的光束特性,得到了采用OOK调制方式下部分相干光通信系统的平均误码率、中断概率和平均信道容量三个性能指标的解析表达式;在此基础上,分析了光束的空间相干长度和通信距离对通信链路的性能影响。计算结果表明,在相同的大气湍流条件和传输距离下,随着部分相干光的空间相干长度的减小,系统的误码率和中断概率逐步降低,在平均信噪比为30 dB时,系统的误码率可以达到10-5,中断概率低于10-6;另外,系统的平均信道容量会随着光束相干长度的减小而增加,在信噪比等于12 dB时,平均信道容量达到3.8 b/sHz-1。分析结果为部分相干光在湍流大气中实现可靠通信提供了理论依据。     

大气信道部分相干光通信链路性能分析与优化

 针对使用开关键控的强度调制/直接检测部分相干光链路,建立了信道容量、信道误码率以及链路中断概率的数学分析模型.在此基础上,分别对完全相干光和部分相干光链路的信道容量、信道误码率以及链路中断概率进行了计算和对比分析.给出了发射功率受限时,光束初始相干度的优化选取模型.在大气湍流信道中,部分相干光通信的性能优于完全相干光通信,部分相干光传输是一种有效的大气湍流影响抑制技术.     

指数韦伯信道下带瞄准误差的相干光通信系统中断概率分析北大核心CSCD

为了研究在大气湍流闪烁效应以及瞄准误差共同作用下空间相干光通信系统的中断概率,基于指数韦伯大气湍流衰减信道,建立了基于平衡探测的相干光通信系统模型,给出了系统受大气湍流闪烁效应和瞄准误差影响下信道衰减的概率密度函数,并推导了系统中断概率的闭合表达式。通过数值仿真,分析了湍流强度、波束宽度、抖动偏差对系统中断概率的影响。结果表明:系统中断概率会随着湍流强度的增强和归一化信噪比的降低而增大;当归一化信噪比大于14dB时,可以通过增大波束宽度降低系统中断概率;当抖动偏差大于2时,增大归一化信噪比并不能有效降低系统中断概率。由基于此模型的仿真分析结论可知,选取合适的波束宽度和抖动偏差能降低系统的中断概率,并提高系统的稳定性。     

全双工认知NOMA网络下中继选择策略性能分析

本文把非正交多址接入(NOMA)技术与认知网络相结合,提出了一种基于多中继选择的认知NOMA网络模型。考虑了在瑞利衰落信道下,主网络借助次级网络中的全双工中继实现可靠通信,作为回报,次级网络允许接入授权频谱来传输次级信号。中继同时接收主次信号后,采用串行干扰消除技术(SIC)依次解码主次信号,并根据NOMA协议转发信号到主次用户端。推导了在两种中继选择策略下认知NOMA网络中断概率,并通过了蒙特卡罗仿真验证。仿真结果表明,两阶段中继选择策略和全双工技术能有效提高系统中断性能。      

电力线和自由光混合通信系统的中断概率分析

分析了混合电力线通信（power line communication,PLC）-自由空间光（free-space optical,FSO）通信系统的中断概率。具体而言,首先在PLC链路中考虑背景噪声和脉冲噪声,在FSO链路中考虑指向误差等实际因素的情况下,建立多用户场景下的混合PLC-FSO通信系统模型,并在中继采用门限判断译码转发协议的条件下,得到系统的输出信噪比计算式。接着,假设PLC链路服从对数正态分布,而FSO链路服从Gamma-Gamma分布,推导出系统的中断概率闭合计算式。为了便于进一步分析系统的性能,还分析了高信噪比条件下的系统中断概率近似计算式、分集度和阵列增益。最后,仿真验证了理论分析的正确性,并进一步分析相关参数对系统性能的影响,从而为整个系统设计提供参考。     

空间光通信的时间平滑实验研究

为了给空间光通信的瞄准捕获跟踪链路的设计提供参考,实验研究了强湍流区的大气闪烁时间平滑效应,并考虑大气闪烁和瞄准抖动误差,分析了空间光通信的跟瞄链路的强度起伏统计规律;在此基础上,分析了时间平滑对链路衰落起伏的改善作用.实验研究结果表明,随着曝光时间的增加,强湍流区的大气闪烁起伏幅度减小,当曝光时间达到几十毫秒时,强湍流区的大气闪烁起伏服从对数正态分布;在确保空间光通信系统的链路跟踪中断概率小于10-3以下,采用时间平滑可以使所需的衰落冗余减少15dB～20dB.