自由空间光通信系统设计及大气信道模型分析

摘要

该论文首先介绍了研究自由空间光通信的意义及各国的研究现状,以及各国在空间光通信研究中的成果,并就自由空间光通信的应用前景进行了概括性的论述,涵盖了开展自由空间光通信研究的必要性及重要性.然后讲述了自由空间光通信系统的关键技术,阐述了自由空间光通信系统的基本组成,并对各部分的功能作了较详细的介绍,同时对系统设计时所应注意的要点进行了说明.该论文中自由空间光通信系统的实现采用的是电路和光学透镜分离的结构.其中的电路部分运用了小功率激光器进行光放大的设计方法和激光器直接驱动的方法进行了设计;光学天线部分主要运用了发射用透射式,接收用反射式的方法进行设计.大气信道分析采用了模型化的分析方法,对各种天气条件下的大气信道进行了衰减信道和闪烁信道的分类,然后进行了数学和通信分析.最后,通过室内、室外试验证明了系统方案设计的可行性.该课题提出了一种新型的自由空间光通信系统设计方法,使得对自由空间光通信技术的研究不仅仅局限于大功率激光器再加探测器接收这样一种模式中.这就为自由空间光通信的发展开拓了一种新的思路,使得自由空间光通信技术的传输速率以及传输距离都可以上到一个新的量级.同时,大气信道的模型化分析,可以把大气中光信号的衰减实现量化,从而为设计系统以及提高系统的可靠性提供了保证.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章自由空间光通信概述

1.1自由空间光通信简介

1.2自由空间光通信的基本原理

1.3自由空间光通信的主要优势

1.4自由空间光通信存在的问题

1.5自由空间光通信的应用领域

1.6自由空间光通信的发展现状

1.6.1国外研究现状

1.6.2国内研究现状

1.7开展本项目的研究内容和目的

第二章自由空间光通信关键技术分析

2.1自由空间光通信的系统组成

2.1.1光源部分

2.1.2发射和接收部分

2.1.3对准、捕获、跟踪系统

2.2高功率激光器技术与探测技术

2.2.1高功率激光器技术

2.2.2探测技术

2.3光学天线技术

2.3.1透射式望远镜

2.3.2反射式望远镜

2.4自动跟踪技术

2.5信道分析及压缩编码技术

2.6自由空间光通信的网络结构

2.7信道调制技术

第三章激光束在大气中的传输

3.1大气吸收

3.2大气散射

3.3大气湍流影响

3.4激光大气传输信道模型

3.4.1大气衰减信道

3.4.2大气湍流信道模型

第四章自由空间光通信系统设计

4.1系统工作原理及总体设计

4.1.1系统工作原理

4.1.2总体方案介绍

4.2系统工作波长的选择

4.3半导体激光器的光学准直

4.4电路部分设计

4.4.1电路部分组成

4.4.2发射电路设计

4.4.3接收电路设计

4.4.4光放大的设计

4.5光学天线系统设计

4.6总体功率指标分析系统损耗

4.7机械结构设计

第五章系统测试及分析

5.1测试方案设计

5.2接收光功率及耦合效率估算

5.3接收光功率和系统误码率测试与分析

5.3.1室内测试与分析

5.3.2室外测试与分析

5.4测试结论

第六章不同信道模型下系统误码性能分析

6.1衰减信道模型下系统误码性能分析

6.2大气湍流信道模型下系统误码性能分析

6.3微粒散射衰减造成的误码与大气湍流引起的误码特点比较

总结

参考文献

致谢