FSO大规模线性MIMO阵列上下行信道差异及非互易补偿矫正模型研究

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1、分类号：TN929.1单位代码：10183研究生学号：2015524020密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）FSO大规模线性MIMO阵列上下行信道差异及非互易补偿矫正模型研究StudyonUplinkandDownlinkChannelDifferenceandNon-reciprocityCompensationCorrectionModelforFSOMassiveLinearMIMOArray作者姓名：吕浩类别：工程硕士领域（方向）：电子与通信工程指导教师：迟学芬教授培养单位：通信工程学院2018年6月————————————————————————————

2、——————FSO大规模线性MIMO阵列上下行信道差异及非互易补偿矫正模型研究——————————————————————————————————StudyonUplinkandDownlinkChannelDifferenceandNon-reciprocityCompensationCorrectionModelforFSOMassiveLinearMIMOArray——————————————————————————————————作者姓名：吕浩领域（方向）：电子与通信工程指导教师：迟学芬教授类别：工程硕士答辩日期：2018年6月3日未经本论文作者的书面授权依法收存

3、和保管本论文书面版本、，电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡。献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：名

4、忍３日期：年６月日摘要FSO大规模线性MIMO阵列上下行信道差异及非互易补偿矫正模型研究自由空间光通信（FreeSpaceOpticalCommunications）是以激光为载体，在大气中传输的一种手段，与射频通信相比具有容量大、无需频谱许可、部署快速便捷等优点。大规模MIMO技术是在收发端采用远超传统MIMO技术的多天线阵列来进行多发多收的有效手段，是5G的关键技术之一。利用大规模MIMO技术可以有效克制FSO中激光通过大气湍流而引起的信号强度衰减问题，从而在接收端降低误码率，同时在FSO中激光束的指向性又减轻了大规模MIMO技术中的导频污染问题，因此大规模M

5、IMO—FSO系统具有十分不错的发展前景和研究意义。在FSO系统中，大气湍流的主要影响因素可以分为：由水蒸气、甲烷等粒子对光的散射和吸收而引起的大气损耗；由大气湍流导致的接收信号的强度和相位的随机起伏——光强闪烁；由建筑物的抖动、大气湍流、光学设备的对准误差和机械振动等因素而引起的收发两端的波束扩展和指向误差。在大规模MIMO阵列下，大气损耗、光强闪烁、波束扩展和指向误差模型不再是简单的单天线形式，而是需要整体考虑不同排布阵列下的多天线间的互相影响，构建整体模型。在斜程传输中，大气湍流强度随着海拔发生变化，需要考虑不同海拔的大气湍流对信号强度造成的影响。而且，由于不同强度

6、的大气湍流对于不同波束宽度不同波长的激光束影响不同，所以即使在传输距离相同的情况下，上下行受到的影响亦是不同的，即上下行非互易。本文研究收发端皆采用大规模线性MIMO阵列的地对地基站间短距离斜程自由空间光通信（FSO）的上下行信道模型及差异。采用高斯光束，基于Kolmogorov湍流谱，考虑上下行皆为球面波的情况，在弱湍流下分别构建上下行信道大气损耗、光强闪烁、波束扩展和指向误差模型，仿真分析其中大气损耗、空间相干长度、接收端波束宽度、指向误差抖动方差差异。而后，联合构建上下行信道整体模型，采用强度调制/直接检测（IM/DD）的手段,推导出等增益合并（EGC）下的误比特率

7、和相对均方误差公式，仿真分析上下行均方误差和误比特率差异。I随后根据研究的上下行信道整体模型，构建了多用户大规模MIMO-FSO斜程上下行非互易补偿矫正模型，并通过matlab仿真在LS和LMMSE两种信道估计算法和OOK及OFDM两种调制手段下验证了非互易补偿矫正模型的有效性。关键词：自由空间光通信，上下行信道模型，非互易补偿矫正模型，大规模MIMO，误比特率IIABSTRACTStudyonUplinkandDownlinkChannelDifferenceandNon-reciprocityCompensationCor