无线光通信中大孔径及复合孔径接收天线的研究

摘要

自由空间光通信（Free Space Optical Communication,FSO）是近年来通信领域中的一个研究热点。由于无线光通信是以大气作为传输信道，所以大气湍流引起的激光光强闪烁，会使系统的误码率增加。采用大孔径和复合孔径天线接收技术可以有效的抑制光强起伏的影响。因此，本文主要研究利用大孔径和复合孔径天线接收技术对系统性能的改进。
　　本文介绍了圆偏振位移键控调制（Circular Polarization Shift Keying, CPolSK）的基本原理，并且对比了OOK调制和CPolSK调制，通过Optisystem软件系统仿真分析，表明CPolSK接收到的眼图要比OOK调制“眼睛”的张开度要大，对称性要好。对于CPolSK单路接收和双路接收两种不同的接收方式，采用同样的方法验证出双路接收要比单路接收系统性能要强。
　　接着对整个系统的光学损耗进行了简要的分析，对于光束扩展损耗，给出了光束扩展损耗的数学模型，并且分析出对于同一个光斑直径而言，接收孔径的直径越大其光束扩展越小；对于不同气候条件下进行了仿真分析，分析结果表明晴朗条件下系统接收到的眼图要比雨雪条件下接收的更清晰，并且对于大气湍流损耗也可以看出不同的湍流强度下，损耗强度不同，采用大孔径接收系统的损耗较小。
　　基于以上理论深入研究了大孔径接收和复合孔径接收对整个无线光通信性能的影响。推导出大孔径接收误码率的计算公式，并且在给定的误码率设定指标时，分析了不同大气湍流下，接收端无湍流影响的探测器的信噪比与孔径直径的曲线关系。对于复合孔径而言，主要分析了1～3个孔径接收对通信性能的影响。结果表明复合孔径天线接收技术可以降低透镜接收面的光强起伏，使整个通信系统的误码率减小，而且随着孔径数目的增加整个系统的误码率会逐渐降低。
　　为了验证理论的准确性，本文通过实验证明了采用大孔径接收及复合孔径接收天线技术可以有效的降低系统的误码率。并且在其它参数相同的情况下，采用大孔径及复合孔径天线接收可以有效的抑制光强起伏方差，提高系统的通信性能。

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第1章 绪 论

1.1课题来源及研究的背景和意义

1.2 国内外的研究发展动态

1.3 无线光通信的应用

1.4 文章主要研究内容

第2章 无线光通信中的圆偏振位移键控调制技术

2.1圆偏振位移键控技术的调制原理

2.2 偏振调制实验的实现过程

2.3比较分析OOK调制和CPolSK调制

2.4本章小结

第3章 光学系统的性能分析

3.1光学损耗

3.2 光束扩展损耗

3.3 对准误差引起的传输损耗

3.4大气损耗

3.5 大气湍流引起的损耗

3.6本章小结

第4章 大孔径及复合孔径天线接收技术的仿真分析

4.1 大孔径天线接收技术的仿真分析

4.2 复合孔径天线接收技术的仿真分析

4.5本章小结

第5章 大孔径及复合孔径天线接收技术的实验验证

5.1大孔径天线接收的系统实验验证

5.2 复合孔径天线接收的系统实验验证

5.3本章小结

结论

参考文献

读学位期间发表的学术论文及专利

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