大气激光通信调制解调技术的研究

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1、大气激光通信调制解调技术的研究作者姓名万倩芸指导教师姓名、职称马华教授申请学位类别军事学硕士学校代码10701学号1301120693分类号TN91密级公开西安电子科技大学硕士学位论文大气激光通信调制解调技术的研究作者姓名：万倩芸一级学科：军队指挥学二级学科：密码学学位类别：军事学硕士指导教师姓名、职称：马华教授学院：通信工程学院提交日期：2015年11月ResearchonModulationandDemodulationforLaserCommunicationinAtmosphereAthesissubmit

2、tedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCryptographyByWanQianyunSupervisor:MaHuaProfessorNovember2015摘要摘要大气激光通信系统凭借其频带宽、传输速率高、抗干扰性能好、保密性好、经济实用等诸多优点得到越来越广泛的应用。大气激光通信系统普遍采用强度调制/直接检测(IntensityModulation/DirectDetection,IM/D

3、D)系统作为其调制解调技术。开关键控(On-OffKeying,OOK)，脉冲位置调制(PulsePositionModulation,PPM)及数字脉冲间隔调制(DigitalPulseIntervalModulation,DPIM)作为IM/DD系统中经典的调制方式得到了普遍运用。针对PPM调制的带宽利用率低、需要帧同步和DPIM符号长度不固定的缺点，先后有多种调制方式被提出。其中定长数字脉冲间隔调制(FixedLengthDigitalPulseIntervalModulation,FDPIM)在继承PPM和

4、DPIM各自优点的基础上，解决了PPM需要帧同步以及DPIM符号长度不固定的问题，但自身具有带宽利用率较低以及信道容量较小的缺点。本文在大气激光通信调制解调技术研究现状的基础上，主要工作如下：1.针对FDPIM调制带宽利用率较低以及信道容量不大的弊端，提出了一种适合大气激光通信且易实现的新的调制方式——定长对称脉冲间隔调制(FixedSymmetricPulseIntervalModulation,FSPIM)。详细介绍了FSPIM调制的符号结构和编译码原理，主要原理是利用对称时隙映射减少了一半的传输带宽，并通过添

5、加标识脉冲以实现正反映射的区分和自带符号同步功能。2.基于现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray,FPGA)设计了FSPIM调制解调系统，论述了其工作原理，并运用VHDL语言在QuartusII平台下，成功对整个FSPIM调制解调系统进行了基于FPGA的仿真实现。进一步验证了本文所提出的FSPIM调制方式在大气激光通信系统应用中的可行性与实用性。3.对FSPIM调制的平均符号长度、功率效率、带宽需求进行了详细论述、公式推导及数值仿真。将FSPIM调制与其他常用的6种调制方式进行了性

6、能对比并分析了FSPIM的优劣势。结果表明，FSPIM调制方式具有良好的带宽利用率、符号长度固定以及自带帧同步等优点，缺点是平均发射功率要求更高，但仍好于OOK调制方式。关键字：大气激光通信，调制方式，帧同步，带宽需求，FPGAIABSTRACTABSTRACTAtmosphericlasercommunicationhasbeenwidelyusedbecauseofitswidebandwidth,hightransmissionrate,stronganti-jammingability,goodsecuri

7、tyandeconomicpracticability.Andatmosphericlasercommunicationcommonlyadoptsintensitymodulationdirectdetection(IM/DD)system.On-OffKeying(OOK),PulsePositionModulation(PPM)andDigitalPulseIntervalModulation(DPIM)havebeenusedmostastheclassicalmodulationmethodinIM/DD

8、system.InviewoflowbandwidthutilizationandframesynchronizationofPPMandunfixedsymbollengthofDPIM,manykindsofmodulationmethodswereproposed.FixedLengthDigitalPulseIntervalModulation(FD