无线光通信系统中基于遗传算法的大气湍流自适应补偿

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1、摘要无线光通信又称自由空间光通信，是一种无需光纤的通信技术，主要由激光发射机、光接收机及少量的控制设备组成。作为一种无线接入方式，光无线宽带接入是伴随着大功率半导体激光器和高灵敏度光电探测器件的日益完善而重新兴起的一种无线接入方式，它综合了光纤通信和其它无线通信方式的特点，具有高宽带、低成本、安装快捷、机动灵活等优点，因而在很多领域具有广阔的应用前景。特别在解决光纤和局域网之间“最后一公里”接入问题上是一种经济合理的解决方案。但是在无线光通信中，由于所涉及的是随机的大气信道,其中除了大气对激光信号的吸收、散射外，大气湍流还使激光信号在传输过程中产生光斑闪烁、光

2、束漂移和光斑分裂等现象，这将严重影响无线光通信系统的稳定性和可靠性。为了减小大气湍流效应的影响，本文结合人工智能领域的最优控制技术，采用自适应光学技术，设计了一种基于无模型盲优化技术的自适应光学系统。该系统以遗传算法作为核心控制算法，克服了传统自适应光学系统积庞大、价格昂贵和技术复杂等诸多不足，很好的满足了无线光通信系统的体积小巧、成本低廉、控制灵活等要求。本文主要针对大气湍流效应对无线光通信系统中的影响，进行了湍流波前的自适应补偿研究，内容包括：(1)广泛查阅国内外文献，对无线光通信的特点及其应用作了全面阐述；简要介绍了国内外在这方面的研究情况。(2)介绍光

3、信号无线传输时随机大气信道的特点，着重分析了大气的散射、吸收和由大气湍流引起的光强闪烁和光束漂移对光信号传输的影响，建立了光无线信道传输方程。(3)介绍了自适应光学系统的原理、系统结构和关键器件及技术，并针对无线光通信系统的体积小巧、控制灵活、低功耗和低成本的要求，分析了传统自适应光学系统在该应用的诸多不足。(4)结合人工智能领域最优控制思想，提出了一种新颖的自适应光学控制技术——无I模型盲优化自适应控制技术，分析了利用自适应光学系统校正低阶模式的波前误差理论，设计了其自适应系统结构组成。(5)遗传算法作为系统核心控制算法，本文对其简单、通用、鲁棒性强的全局并

4、行优化的特点和运行过程和进化机理作了简要的介绍，并设计了其软件实现。(6)对基于遗传算法的自适应光学相位补偿进行了数值模拟仿真，并对仿真结果进行了讨论。结果验证了该方案的可行性，能够有效地控制激光能量分布，改善激光光束的质量，提高接收信号信噪比。关键词：大气湍流自适应光学遗传算法无模型盲优化IIAbstractWirelessopticalcommunication,akindoffiber-freecommunicationtechnology,isalsocalledfreespaceopticalcommunication,ismadeupoflaser

5、transmitter,opticalreceiverandsomecontrolequipments.Asakindofwirelessaccesstechnology,itspringsuponceagainalongwiththeprogressofthehighpowersemiconductorlasersandoptoelectronicdetectors.Wirelessopticalaccesshasmanyvirtuessuchaslargecapacity,lowcost,convenientdeploymentandflexibility

6、sinceitintegratestheadvantagesoffibercommunicationandothertraditionalwirelesscommunicationtechnologies.Wirelessopticalaccesshaswidelypromisingapplications.Specially,opticalwirelessaccesssystemisabettermethodtosolvethe“lastmile”problembetweentheLANandfiberbackbone.However,thechannelo

7、fwirelessopticalcommunicationisatmospherechannel,whichcouldabsorbandscattertheopticalsignal.Whatisworse,theatmosphericturbulencecouldinducescintting,excursionandsplittingoffaculaduringtransmission.Thesephenomenonwillbadlyaffectthestabilityandreliabilityofthewirelessopticalcommunicat

8、ion.Anewapproachbas