非视线光散射通信的大气传输模型

利用大气对光的散射作用可以实现非视线通信.在单次散射假定下,研究了非视线光散射通信系统的大气传输模型.利用该模型分析了光源发散角、接收视场和收发仰角等系统几何参数与接收散射光能量之间的关系;重点讨论了大气分子散射和气溶胶散射各自对接收散射光能量的贡献.结果表明当系统的收发仰角较大时,接收光能量主要来自大气分子散射;反之,气溶胶散射则成为接收光能量的主要部分.对于工作在日盲紫外光谱区的非视线通信系统,增加接收视场可以有效地增大系统的信噪比.发现在两种典型的收发仰角情况下,接收散射光能量随光源发散角的变化趋势是相反的,这说明光源发散角要根据实际的应用场合设计确定.     

弱湍流条件下LDPC码室内FSO通信系统调制性能分析

为了克服光在弱湍流大气条件传输时,光强闪烁造成的突发错误,理论分析了基于开关键控、脉冲位置调制、差分脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制方式的自由空间光通信系统性能。首先推导了无线光通信未编码系统在各调制方式下的平均误比特率公式;在此基础上,将低密度奇偶校验码和置信传播算法应用到无线光通信系统中,研究了相应系统模型下的译码,并在大气湍流信道中进行了理论分析和实验仿真验证。结果表明,脉冲位置调制可获得最好的误比特率性能;采用低密度奇偶校验的大气弱湍流光通信系统比未编码的通信系统性能好,并且可以有效地增加信噪比增益,能够提高系统的抗干扰能力,在无线光通信系统中将有一定的应用前景。     

无线紫外光非直视通信信道容量估算与分析

无线紫外光非直视通信中,大气散射和收发角度是影响紫外光通信系统性能的重要因素。在无线紫外光非直视通信单次散射模型的基础上,提出了一种适合于紫外光非直视通信的信噪比和信道容量估算方法,并将该方法与量子极限法进行对比计算,验证了无线紫外光通信信道容量估算法的正确性。利用计算机仿真了收发端角度对紫外光通信中路径损耗、信道容量的影响,并分析了不同背景噪声环境下的信道容量。仿真结果表明,发送、接收仰角及接收视场角对紫外光通信中的路径损耗、信道容量影响较大,而发散角对其影响不大,且信道容量随背景噪声的增大而减小。     

非视线紫外光散射通信的信道特性

在单次散射条件下,研究了非视线紫外光散射通信系统的信道特性.分析了传输损耗与光源发散角、接收视场和收发仰角等系统几何参数之间的关系,结果表明传输损耗随收发仰角的增大而增大,增加接收视场可以降低损耗;针对两种不同情况讨论了损耗随光源发散角的变化关系,发现发散角对损耗的影响较小,可根据应用场合适当确定.研究了信道的多径传输现象及其对系统性能的影响,结果表明多径传输引起的脉冲展宽将导致码间干扰的产生,限制系统的通信速率,并定量讨论了NRZ码和RZ码两种情况下码间干扰的影响,发现相对于NRZ码,采用RZ码可以有效地减轻码间干扰,获得更高的通信速率.     

无线紫外光MIMO直升机助降ALOS链路性能分析

无线紫外光通信具有高速率高可靠性的特点,可以满足复杂环境下的通信。通过直升机助降的过程提出近似直视通信方式,并研究了无线紫外光MIMO系统的ALOS通信链路模型,同时计算了弱湍流条件下ALOS链路中MIMO系统的误码性能,并仿真分析其信噪比、发射功率、发射（接收仰角）以及通信距离对误码率的影响。计算分析当发射（接收）仰角小于35时,误码率随着发射（接收）仰角的增大,其增长趋势比较明显,当大于35时,误码率随着发射（接收）仰角的增大,其增长趋势变缓。结果表明,在无线紫外光ALOS链路中,采用天线阵列和多探测器的MIMO技术能够较好地降低误码率和抑制大气湍流,并提高抗衰弱能力。     

基于偏振紫外光单次散射的非视距目标定位方法研究

本文从紫外光通信技术的发展趋势及研究背景出发 ,针对特定环境下实现目标定位的 应用需求,结合偏振光的振动特性,提出了基于偏振紫外光单次散射实现非视距目标定 位的方法。首先,基于紫外光大气散射传输特性,建立了偏振紫外光非视距单次散射模型, 利用矩阵光学的方法推导了紫外光偏振散射传输特性;建立了接收光强与方位角及收发距离 之间的关系。其次,利用Matlab软件仿真并分析了收发仰角及视场角对接收光强及方位角测 量范围的影响,选取了合适的收发仰角及视场角。根据接收信号光强随方位角的变化获得目 标方位角,并通过解算得出收发距离,理论上验证了系统可行性,并对各误差影响进行了仿 真分析,在距离500 m,收发仰角偏离(预设值25°)3°时,距离测量误差为25.3 m。噪声对光 强的影响导致方位角判定误差对测距误差的影响较小,但方位角判定误差为3°时,会引起 距 离500 m时真实位置横向偏离误差26.2 m。本 文研究结果为拓展紫外光通信系统的功能及实 际应用提供了理论基础,有一定的指导意义。     

不同大气高度紫外光单次散射链路模型研究

针对不同海拔的大气散射区域对紫外激光单次散射链路的影响,综合考虑气压、温度及臭氧浓度三个因素,对紫外光单次散射链路模型进行了修正。在此基础上,首先计算紫外激光通信系统在0～28km高空范围内的链路损耗。其次,在链路损耗最小条件下,分析通信距离、通信终端仰角以及发散角三者的相互关系。结果表明,收发端设置在高空0～15km的链路损耗较低,15～21km的链路损耗剧增。发射端仰角和通信距离的增大分别导致链路损耗增加;损耗最小时,发射端仰角与发散角近似呈线性关系,通信距离对该关系无明显影响。     

孔径接收下各向异性海洋湍流UWOC系统误码分析

为了研究孔径接收对各向异性海洋湍流条件下水下无线光通信(UWOC)系统误比特率的影响, 系统采用高斯光束传输, 接收端通过孔径接收, 在脉冲位置调制方式下通过各向异性海洋湍流信道。引入各向异性海洋湍流结构常数, 通过对闪烁的形成原理和各向异性海洋湍流条件下闪烁系数的分析, 数值模拟得到了在不同接收孔径和各向异性因子下, 海洋湍流参量、传输距离、雪崩光电二极管(APD)平均增益和调制阶数对系统误比特率的影响。结果表明, 相同各向异性因子和海洋湍流参量下, 大孔径接收能有效提升系统误比特率性能; 相同孔径直径和海洋湍流参量下, 各向异性因子越大, 系统通信性能越好; 均方温度耗散率、温度和盐度对海洋功率谱变化贡献的比值较小, 湍流动能耗散率、动力粘度较大以及传输距离越短, 系统误码性能越好; APD增益为100或150时, 系统通信性能最佳; 调制阶数M=8时, 系统通信性能最佳, M>64时, 系统误比特率变化程度几乎饱和。该研究为UWOC系统平台搭建和性能估计提供了参考。     

舰船激光通信中大气湍流对系统误比特率的影响

为了研究舰船激光通信系统中采用多光束发射与接收技术时,大气湍流对系统误比特率造成的影响,采用了对激光在大气湍流场中的传输方程进行解析求解的方法,忽略系统中其它噪声,仅考虑由大气湍流引起的系统误比特率,得到了在不同发射天线数目和相关系数条件下,传输距离、大气信道间距、对数振幅方差和系统误比特率的关系.结果表明,在弱起伏条件下,随着发射天线数目的增多或相关系数的减小,系统误比特率减少很快;湍流强度增大,系统误比特率增加;传输激光波长增大,系统误比特率降低;当发射天线数目一定时,随着大气信道间距变大,系统误比特率降低.     

舰船激光通信中大气湍流对系统误比特率的影响

为了研究舰船激光通信系统中采用多光束发射与接收技术时,大气湍流对系统误比特率造成的影响,采用了对激光在大气湍流场中的传输方程进行解析求解的方法,忽略系统中其它噪声,仅考虑由大气湍流引起的系统误比特率,得到了在不同发射天线数目和相关系数条件下,传输距离、大气信道间距、对数振幅方差和系统误比特率的关系。结果表明,在弱起伏条件下,随着发射天线数目的增多或相关系数的减小,系统误比特率减少很快;湍流强度增大,系统误比特率增加;传输激光波长增大,系统误比特率降低;当发射天线数目一定时,随着大气信道间距变大,系统误比特率降低。     

紫外无线通信调制方式研究

为了研究不同调制方式对数据传输速率和数据误码率等性能的影响,在紫外无线通信系统平台上,对比研究了二进制启闭键控(OOK)和脉冲位置调制(PPM)两种调制方式。该无线通信系统以深紫外LED作为光源传播信号,用光电倍增管探测微弱光信号,并用现场可编程门阵列(FPGA)对两种调制方式进行实验测试,实验结果表明:与OOK调制方式相比,在相同信噪环境中,PPM误码率更低,具有更好的鲁棒性以及更低的功耗。因此对于以紫外LED为光源的无线通信系统,PPM调制方式比OOK更加适合。     

双伽马湍流信道下多阶脉冲位置调制误码率性能分析

基于双伽马(Gamma-Gamma)大气湍流信道,研究了采用脉冲位置调制(PPM)技术的无线光通信系统的误码率(BER)性能。推导出平均EBR的闭合表达式,该表达式适用于任意湍流强度和任意调制阶数,与数值积分相比,可显著提高计算速度。对于给定的平均EBR,对比分析了在不同湍流条件下PPM调制阶数与平均发射功率需求间的关系。结果表明,在无湍流高斯信道和弱湍流信道下,增加调制阶数可以减小平均发射功率需求;然而随着湍流的增强这种作用逐渐减小,在强湍流区,甚至出现了调制阶数越高,平均发射功率需求越大的现象。因此,在实际系统设计时,应考虑可能的湍流环境,再选择合适的调制阶数。     

分离双脉冲位置调制及其性能研究

提出了一种可应用于无线传感器网络的紫外光通信的调制方式--分离双脉冲位置调制(SDPPM,separated double pulse position modulation).在详细阐述其调制结构的基础上,分析了不同比特分组长度下SDPPM的带宽需求,推导了SDPPM的误码率表达式,讨论了SDPPM的功率需求,并与无线光通信中常用的等时隙数的调制方式开关键控(OOK,on-off keying)、脉冲位置调制(PPM,pulse position modulation)和多脉冲位置调制(MPPM,multi-PPM)进行了对比.结果表明,SDPPM的功率需求和带宽需求取得了较好的平衡,SDPPM的符号结构还决定了它在紫外光散射通信中具有更好的抗多径色散性能.     

Optical Communication Using Subcarrier PSK Intensity Modulation Through Atmospheric Turbulence Channels

This paper studies optical communications using subcarrier phase shift keying (PSK) intensity modulation through atmospheric turbulence channels. The bit error rate (BER) is derived for optical communication systems employing either on/off key (OOK) or subcarrier PSK intensity modulation. It is shown that at BER = 10^-6 and a scintillation level of sigma = 0.1, an optical communication system employing subcarrier BPSK is 3 dB better than a comparable system using fixed-threshold OOK. When sigma = 0.2, an optical communication system employing subcarrier BPSK achieves a BER = 10^-6 at SNR = 13.7 dB, while the BER of a comparable system employing OOK can never be less than 10^-4. Convolutional codes are discussed for optical communication through atmospheric turbulence channels. Interleaving is employed to overcome memory effect in atmospheric turbulence channels. An upper bound on BER is derived for optical communication systems employing convolutional codes and subcarrier BPSK modulation.     

无线紫外光非视距通信网络的连通性能研究

研究了空间角度对无线紫外光非视距(UV-NLOS)通 信系统连通概率的影响。仿真分析了500个节点均匀分布的网络处于1-连通状态时收发仰角 对网络性能的影响,并分析了 OOK和PPM调制方式下网络节点密度、通信覆盖范围、数据传输速率和发送功率等网络性能参 数。结果表明,网络处于1-连通状态时,PPM调制方式能获得比OOK调制方式更好的网络连 通性能;相同调制方式下,定向发送-垂直接收比垂直发送-垂直接收场景下网络性能更佳 ;定向发送-定向接收场景下,收发端仰角均为小角度时各网络连通效果更好。     

水下复合信道对GMSK无线光通信系统性能的影响

The absorption and scattering of light in seawater channel cause signal attenuation, and the turbulence of seawater causes signal amplitude fluctuation, both of which will reduce the bit error rate (BER) performance of underwater wireless optical communication (UWOC) system. The effects of the two channel characteristics on the signal performance were considered comprehensively, and a method was proposed to equate the transmission distance and turbulence probability density function to the system signal-to-noise ratio (SNR) and turbulence noise, and then the signal attenuation and turbulence noise were combined into the signal waveform to establish the underwater composite channel signal transmission model. According to the experimental system parameters, the signal transmission waveforms of Gaussian minimum frequency shift keying (GMSK) modulation under composite channel were simulated, and the one-bit difference demodulation algorithm was used to compare the demodulated waveforms with the original waveform, and the influence relationships of composite channel on the system BER performance was analyzed. The simulation experiment results show that, compared with on-off keying modulation (OOK), pulse position modulation (PPM), GMSK system can obtain the SNR gain of 3.3 dB, 4.8 dB respectively only in the attenuation channel with seawater attenuation coefficient of 0.151 m?1. Under the composite channel, GMSK modulation performance is superior to OOK modulation and PPM modulation. When the water attenuation coefficient is 0.151 m?1, and turbulence intensity variance is smaller than 0.16, GMSK modulation system has no error rate limit, the system BER is decided by signal attenuation and turbulence noise and Gaussian noise together, GMSK modulation achieves SNR gain of 4.35 dB compared with PPM modulation. Furthermore, turbulence intensity variance is greater than 0.16, system BER arrives limit, which value is determined by the turbulence intensity, and the limit value of BER increases nonlinearly with the increase of turbulence intensity.     

无线光通信调制方式研究

大气无线光通信的调制方式有多种,但缺少综合的分析。研究分析了OOK（开关键控）,PPM（脉冲位置调制）,DPIM（数字脉冲间隔调制）和DH—PIM（双头脉冲位置调制）等调制方式的符号结构,发射功率,带宽需求和误时隙率。通过分析可知DPIM和DH—PIM调制方式比较适合作为未来大气无线光通信的调制方式。为无线光通信调制方式的选取提供一定的参考依据并指出其发展趋势。     

紫外分离双脉冲位置调制误码性能分析

基于紫外非视距(NLOS)单次散射信道传输模型,分析了用于无线紫外光通信的分离双脉冲位置调制(SDPPM)方案的误码性能.介绍了SDPPM调制方案的符号结构,将该调制方案与开关键控调制(OOK)、脉冲位置调制(PPM)和双脉冲位置调制(D-PPM)在带宽需求、功率需求方面进行比较.利用光子计数方法,研究了无背景辐射噪声条件下SDPPM的误符率(SER).对PPM、D-PPM和SDPPM紫外通信系统的误码性能进行仿真,分析路径损耗对其影响.结果表明,SDPPM在信源比特分组长度n为5和6 bit时获得了带宽需求与功率需求的较好平衡.当SER达到10-4时,有效通信距离比D-PPM长20 m左右.同时,SDPPM调制方案降低了紫外光散射通信中因多径色散造成的码间串扰(ISI).     

逆向调制激光通信作用距离及误码率分析

为了分析逆向调制激光通信系统中OOK调制方式下的误码率特性,在分析回波功率模型和误码率性能的基础上,利用Optisystem仿真软件建立了逆向调制激光通信链路。链路采用NRZ码对不同通信距离、不同能见度下的100 Mbps和1 Gbps通信速率进行了仿真,根据所得信噪比值计算出不同条件下的误码率,并结合“眼图”特征得出不同条件下可实现的逆向通信距离。结果表明,误码率随着大气能见度的增大而减小,随着通信距离增大而增加。在大气能见度为10 km的条件下,系统可以实现通信速率为100 Mbps、距离为2 km的逆向通信。