基于盲优化的空间激光通信PPM调制解调技术研究

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空间激光通信是以激光为载波,携带信息进行无线传输的通信方式,由于其传输速率高、免电磁干扰、传输距离远等优点逐渐成为通信领域研究的热点。但是,由于大气湍流的影响,携带调制信息的激光束在传输过程中会受到各种效应影响,导致传统的解调方案难度增加,系统整体性能下降。盲优化技术可以不借助额外训练序列,仅通过接收端信号的先验信息来优化信道特性,使得输出序列尽可能逼近发送序列,应用在激光通信领域具有一定优势。因此,本文针对大气湍流下的激光通信脉冲位置调制(PPM)解调系统需求,设计了同步技术与改进盲似然解调算法相结合的盲优化解调方案,并通过仿真实验与搭建实际的激光通信系统对方案性能进行验证,论文主要研究工作如下:1)对PPM调制的激光信号与空间信道传输特性进行了分析。首先从调制原理、能量传输效率、功率谱密度、信道容量及误码率等方面对PPM信号进行了分析;然后对PPM信号调制波形进行了仿真;最后对激光信号在自由空间信道的传输特性进行了理论与仿真分析,为后续研究抑制大气湍流效应的方案提供理论指导。2)对基于盲优化的PPM信号解调关键技术进行研究,主要包括同步技术与解调算法两方面。针对传统锁相环法实现PPM信号时隙同步时易出现时钟抖动的问题,提出了加入滤波器的改进锁相环方案,并进行了仿真验证;提出了带同步状态控制器的符号同步方案,使得平均同步时间稳定维持在2帧左右;针对大气信道下传统硬判决算法对PPM信号解调性能不佳的问题,引入了盲似然解调算法并进一步优化改进;最后进行了算法仿真,结果表明改进的盲似然解调算法整体性能较佳,并且对大气湍流效应具有一定的抑制能力。3)搭建盲优化PPM调制解调通信系统进行实验验证,利用大气湍流池来模拟真实的湍流环境。首先进行了本文同步方案与传统方案的对比实验,结果表明改进的同步方案相比传统方案接收机灵敏度提升约1d Bm;然后在此基础上进行了不同解调算法的PRBS码传输实验,结果表明所提出的同步方式与改进盲似然解调算法相结合的盲优化解调方案能够对PPM信号准确解调,误码特性与仿真实验得出的结论基本一致,同时实验也证明了系统方案设计的合理性与有效性。
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