本文關(guān)鍵詞：基于指數(shù)韋布爾分布的無線光通信的研究與優(yōu)化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線光通信又稱自由空間光通信,是伴隨著大功率半導體激光器和高靈敏度光電探測器件迅猛發(fā)展而重新興起的一種通信方式。它具有容量大、頻帶寬、保密性強、安裝快捷、抗干擾能力強等諸多優(yōu)點,有著廣泛的應(yīng)用前景。然而,無線光通信系統(tǒng)性能很大程度上會受到大氣湍流以及指向誤差的影響而下降。為此,正確的認識大氣湍流對傳輸光信號的影響機理對設(shè)計有效、靈敏、低廉的無線光通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)是非常有價值的。本文主要從大氣湍流的非柯爾莫戈洛夫性,大氣湍流導致的光強起伏(光強閃爍)、光束擴散與漂移和大氣氣溶膠的光散射與吸收所導致的路徑衰減,通信系統(tǒng)發(fā)射端和接收端之間不對準引起的指向誤差等多方面來研究湍流大氣信道對無線光通信通信系統(tǒng)性能的影響。尋找能合適模擬湍流大氣導致的光強閃爍的統(tǒng)計規(guī)律對無線光通信的研究是非常重要的。人們已經(jīng)提出多種光強閃爍統(tǒng)計模型,其中最為廣泛接受的2種光強閃爍統(tǒng)計模型是對數(shù)正態(tài)分布模型和伽馬-伽馬分布模型。實驗研究表明,當存在孔徑平滑的時,對數(shù)正態(tài)分布模型和伽馬-伽馬分布模型二者都不適用于描述完整由弱到強的光強閃爍區(qū)域。然而,最近提出來的指數(shù)韋布爾分布模型適用于模擬采用有限孔徑接收器的從弱到強的整個光強閃爍區(qū)域的光信號強度隨機波動。提高無線光通信系統(tǒng)通信性能的系統(tǒng)優(yōu)化方式有多種,選擇一種合適的優(yōu)化方式有助于設(shè)計可靠的無線光通信系統(tǒng)。本論文考慮到了無線光通信系統(tǒng)的光信號在大氣中傳輸?shù)奶攸c以及實際系統(tǒng)中需要考慮到多種因素對它的共同作用,采用強度調(diào)制／直接探測的方式,從理論上分析了塊狀編碼優(yōu)化方式與選擇分束結(jié)合技術(shù)對無線光通信系統(tǒng)性能的優(yōu)化效果,建立了對數(shù)正態(tài)分布與指數(shù)韋布爾分布信道模型的無線光通信系統(tǒng)的信道容量模型,具體成果如下：1)在弱起伏湍流大氣水平通信信道中,運用對數(shù)正態(tài)信道統(tǒng)計分布模型,考慮到大氣湍流的非柯爾莫哥洛夫性、系統(tǒng)指向誤差,以及湍流的內(nèi)尺度與外尺度的影響,建立了與實際情況更接近的無線光通信系統(tǒng)的平均信道容量預測模型。2)采用大氣閃爍的指數(shù)韋布爾統(tǒng)計分布模型,考慮傳播光束的擴展與漂移,大氣衰減,系統(tǒng)指向誤差以及大氣湍流的非柯爾莫哥洛夫指數(shù)影響,我們建立了適用于整個湍流起伏區(qū)的無線光通信系統(tǒng)的平均信道容量模型。通過數(shù)值研究得出如下結(jié)論：①大尺度閃爍和小尺度閃爍進入到飽和區(qū)域的條件以及影響都不一樣；②在強的湍流強度環(huán)境下,兩種閃爍先后進入到飽和區(qū)域,而受其影響,平均信道容量隨傳輸距離的變化是相當復雜的；③在弱到中等的湍流強度環(huán)境下,大氣能見度對于無線光通信是一個重要的制約問題,能見度越高,通信質(zhì)量越好；④在強的湍流強度環(huán)境下,非柯爾莫戈洛夫指數(shù)對無線光通信系統(tǒng)的影響比較劇烈,指數(shù)越大,平均信道容量越大；⑤無論是在弱還是強的湍流強度環(huán)境下,指向誤差的影響都是非常重要的,采用自適應(yīng)追蹤技術(shù)能夠有效減小指向誤差,提高無線光通信質(zhì)量；⑥在中等到強的湍流強度環(huán)境下,接收器孔徑越大,平均信道容量越大,而在弱和飽和湍流強度區(qū)域,接收器孔徑的影響可以忽略。這表明,在中等到強湍流強度環(huán)境,孔徑平滑技術(shù)對無線光通信性能的提升是非常有益的。3)基于大氣閃爍的指數(shù)韋布爾分布模型,采用在接收端添加特定額外信息達到糾正傳輸過程中所產(chǎn)生錯誤的塊狀編碼,研究了強湍流大氣斜程信道對無線光通信系統(tǒng)的塊狀誤碼率性能的影響,分析了湍流大氣中非柯爾莫哥洛夫功率譜指數(shù)、光束漂移與擴散,以及指向誤差對編碼系統(tǒng)的影響。4)選擇分束結(jié)合技術(shù)可以最大限度地提高結(jié)合光信號的質(zhì)量,降低湍流所導致的信號衰減。采用選擇分束結(jié)合技術(shù)的指數(shù)韋布爾分布型無線光通信系統(tǒng),在整個閃爍起伏環(huán)境下,建立了無線光通信系統(tǒng)的中斷概率、平均誤碼率和平均信道容量模型。研究發(fā)現(xiàn),和孔徑平滑技術(shù)一樣,在中等到強的湍流強度環(huán)境下,選擇分束結(jié)合技術(shù)對無線光通信系統(tǒng)性能提高的效果最為明顯。
【關(guān)鍵詞】：無線光通信 指數(shù)韋布爾分布模型 大氣湍流信道 系統(tǒng)優(yōu)化
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 論文的基本結(jié)構(gòu)13-14
• 第二章 大氣湍流對無線光通信系統(tǒng)的影響機理14-27
• 2.1 大氣湍流14-15
• 2.2 大氣折射率結(jié)構(gòu)參數(shù)15-16
• 2.3 大氣折射率功率譜模型16-18
• 2.4 大氣湍流效應(yīng)對無線光通信系統(tǒng)的影響18-27
• 2.4.1 光強閃爍18-20
• 2.4.2 光強閃爍概率分布模型20-24
• 2.4.3 光束的擴展與漂移24-25
• 2.4.4 大氣衰減25-26
• 2.4.5 指向誤差26-27
• 第三章 指數(shù)韋布爾分布型無線光通信信道研究27-39
• 3.1 湍流大氣通信信道模型27-31
• 3.1.1 對數(shù)正態(tài)大氣湍流衰減信道27-28
• 3.1.2 指數(shù)韋布爾大氣湍流衰減信道28-31
• 3.2 平均信道容量31-35
• 3.2.1 指數(shù)韋布爾型無線光通信系統(tǒng)的平均信道容量31-35
• 3.2.2 對數(shù)正態(tài)型無線光通信系統(tǒng)的平均信道容量35
• 3.3 平均誤碼率35-37
• 3.4 中斷概率P_(out)37-39
• 第四章 指數(shù)韋布爾型無線光通信優(yōu)化研究39-52
• 4.1 孔徑平滑技術(shù)39-41
• 4.2 塊狀編碼技術(shù)41-42
• 4.3 空間選擇分束結(jié)合技術(shù)42-52
• 4.3.1 選擇分束結(jié)合系統(tǒng)中斷概率44-46
• 4.3.2 選擇分束結(jié)合系統(tǒng)平均誤碼率46-49
• 4.3.3 選擇分束結(jié)合系統(tǒng)平均信道容量49-52
• 主要結(jié)論與展望52-53
• 主要結(jié)論52
• 展望52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-58
• 附錄：作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文58

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