【摘 要】
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近年来,自由空间光通信(Free Space Optical,FSO)因其在最后一公里传输、军事行动、蜂窝系统回程/前程连接和灾难恢复中发挥的重要作用而受到广泛关注。与传统的射频(Radio Frequency,RF)通信相比,FSO具有更大的信道容量、更高的吞吐量、频谱不需许可、更低的成本和更快的组网速度等优势。然而,大气吸收散射、湍流和瞄准误差效应会造成信号随机衰落,进而降低FSO链路的整体性
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近年来,自由空间光通信(Free Space Optical,FSO)因其在最后一公里传输、军事行动、蜂窝系统回程/前程连接和灾难恢复中发挥的重要作用而受到广泛关注。与传统的射频(Radio Frequency,RF)通信相比,FSO具有更大的信道容量、更高的吞吐量、频谱不需许可、更低的成本和更快的组网速度等优势。然而,大气吸收散射、湍流和瞄准误差效应会造成信号随机衰落,进而降低FSO链路的整体性能。目前,有研究表明,部分相干光(Partially Coherent Beam,PCB)相较于完全相干光可以有效抑制大气湍流和瞄准误差引起的信号衰落,改善通信系统性能。因此,对基于部分相干光束的无线光通信系统的传输性能进行研究具有重要意义。论文基于部分相干光束和F分布大气湍流模型,首先研究了基于部分相干光束的双跳混合RF/FSO通信系统的传输性能,随后研究了基于部分相干光束的智能反射面辅助FSO通信系统的性能。具体工作如下:1.研究了基于部分相干光束的双跳混合RF/FSO通信系统的中断概率(Outage Probability,OP)和平均误码率(Average Bit Error Rate,ABER)性能。其中,RF和FSO链路均采用F分布衰落模型。论文首先在考虑大气吸收散射、F分布衰落和非零轴偏移瞄准误差模型联合影响的基础上,分别以超几何函数和Meijer-G函数的形式推导出RF和FSO链路瞬时信噪比的概率密度函数(Probability Dengsity Function,PDF)和累积分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)。其次,根据转发译码策略,推导出基于部分相干光束的双跳混合RF/FSO通信系统端到端的中断概率和平均误码率的理论表达式。最后,详细分析了湍流强度、RF链路衰落强度、相干光参数、瞄准误差等因素对该双跳混合RF/FSO系统中断概率和平均误码率性能的影响并通过蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)数值模拟的方法进行了验证。2.研究了基于部分相干光束的智能反射面辅助FSO通信系统的性能。首先,基于部分相干光束高斯-谢尔模型,考虑到路径损耗、F分布大气湍流和瞄准误差的联合影响,建立了FSO链路复合信道模型并推导了其PDF和CDF理论表达式。其次,根据得到的表达式,推导出系统在单输入单输出(Single Input Single Output,SISO)情况下的中断概率和平均误码率理论表达式。接着,基于单输入多输出(Single Input Multiple Output,SIMO)结构、光强调制直接检测和开关键控调制技术,计算了采用最大比值合并和选择性合并方法的智能反射面辅助FSO通信系统的平均误码率表达式。最后,分析了大气湍流强度、瞄准误差、相干光参数等因素对系统性能的影响,并通过MC仿真的方法进行了验证。论文为部分相干光束FSO通信系统设计提供了一定的理论参考。
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