空-地光通信大气信道特性的研究

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1、摘要随着科学技术的发展以及适合空间光通信应用的电子器件的研究技术日趋成熟，自由空间光通信以其高带宽、高码率、高保密性、低功耗等优点成为一种新型的无线通信方式。在空－地通信系统中，无线光通信被认为是解决空－地通信高码率“瓶颈”问题的途径。大气激光通信采用的是大气随机信道，大气作用是大气光通信面临的最大问题。所以研究大气随机信道本身的特性和光信号在大气信道中的传输非常重要，对空－地激光通信系统的设计和实现有较大的参考价值。本文的研究内容是空－地大气随机信道特性以及对无线光通信的影响。论文介绍了大气中影响光通信性能的各种因素，分析了光信号在大气中传播的能量衰

2、减和背景噪声，重点研究了大气湍流作用引起的光强闪烁，并讨论了闪烁噪声对接收信号的衰弱概率。论文中还讨论了大气信道对光信号的时间展宽和空间扩展，用光束质量来描述大气湍流对光束发散角的影响和扩展损耗。论文的最后建立了空－地大气光传输信道的简化模型，对空－地光通信链路的接收光信号进行仿真，对通信链路的余量进行估计，并与空－地光通信试验的结果进行比较。从对比结果可以看到，论文中建立的空－地大气光信道模型是合理的，为下一步的工作打下了良好的基础。关键词：空－地光通信；大气信道；光强闪烁；衰弱概率；光斑特征；模型IAbstractAlongwiththedevel

3、opmentofthecommunicationtechnology,freespaceopticalcommunicationhasbecomeanewaccessofwirelesscommunicationbecauseofitsexcellentcharacteristicssuchaswidebandwidth,highcoderate,goodsecrecyandlowpower.Ithasbeenconsideredasoneoftheavailablewaystosolvethebottle-neckofhighcoderateprob

4、leminthespacecommunicationsystems.Theatmosphereeffecthasanessentialimpactonwirelessopticalcommunicationandspace-to-groundopticalcommunication.Soitisimportanttodiscussthecharacteristicsoftheatmosphererandomchannelandtheopticalpropagatingintheatmospherechannel.Anditwillbevaluablet

5、obereferencedinthedesignofthespace-to-groundopticalcommunicationsystem.Thecharacteristicsofatmosphererandomchannelandtheeffecttothewirelessopticalcommunicationarediscussedinthispaper.Thefactorsthatinterferestheperformanceoftheopticallinksareintroduced.Theenergylosswhenthelasersi

6、gnalpropagatingthroughatmosphereandthebackgroundnoisearealsoanalyzedinthepaper.Theatmosphericturbulenceandopticalscintillationareemphasized.Wealsoanalyzetheeffectofopticalscintillationonsignalfadeprobability.Thetimedelayandbroadenedbeamwidtharediscussedandthequalityoftheopticalb

7、eamisintroducedtodescribetheturbulenceeffectontheradiationangleandthebroadenloss.Amodeloftheopticalpropagationonspace-to-groundpathsisgiveninthelastpartofthepaper.Numericalsimulationoffarfieldpatternoflaserbeamthroughatmospherechannelandtheestimationofthebudgetsoftheopticallinka

8、recarriedoutbasingonthemodel.Theresultiscompare