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【6h】

基于多孔径相干光接收机的星地通信链路性能分析

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目录

1 绪论

1.1 自由空间光通信的发展

1.2 研究背景与意义

1.3 研究现状

1.4 论文结构

2 大气信道分析与模型建立

2.1 大气湍流效应

2.1.1 光强闪烁

2.1.2 光束漂移

2.2 大气衰减损耗

2.2.1 雾天衰减损耗

2.2.2 云的衰减损耗

2.2.3 雨天衰减损耗

2.2.4 雪天衰减损耗

2.3 组合信道的分析

2.4 大气信道模型的建立

2.4.1 大气湍流下的模型

2.4.2 组合信道下的模型

2.5 本章小结

3 空间分集技术与孔径平均

3.1 空间分集技术

3.1.1 无分集接收

3.1.2 最大比合并

3.1.3 等比合并

3.1.4 选择合并

3.2 孔径平均

3.3 本章小结

4 基于多孔径相干光接收机的星地通信系统性能分析

4.1 卫星-地下行链路系统性能分析

4.1.1 卫星-地下行链路BER模型与仿真分析

4.1.2 卫星-地下行链路数值结果和讨论

4.2 弗里斯传输方程

4.3 地-卫星上行链路系统性能分析

4.3.1 地-卫星上行链路BER模型与仿真分析

4.3.2 地-卫星上行链路数值结果和讨论

4.4 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录1 缩写及中英文对照简表

附录2 BER分析流程图

附录3 攻读硕士学位期间发表论文目录

声明

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摘要

相比于微波通信,自由空间光通信具有传输容量大、传输速率高、传输距离远、保密性强和频谱资源丰富等优点。自由空间光通信中光束在大气信道中传输时会受到湍流效应和气象条件的影响,而空间分集技术可以有效抑制信道衰落,提高输出信噪比(SNR),改善通信系统性能,并具有可靠性高、易于维护和升级的优点。 本文围绕基于多孔径相干光接收机的星地光通信系统展开了深入的研究。首先在考虑大气湍流效应和大气衰减损耗的条件下应用Gamma-Gamma分布模型和比尔-朗伯定律(BLL)建立了组合的大气信道模型,可以用于分析光强闪烁、光束漂移以及各种气象条件(雾、云、雨、雪等)的影响。在此基础上建立了适用于多孔径相干光接收机的系统误码率(BER)模型,考虑了最大比合并(MRC)、等比合并(EGC)和选择合并(SC)三种合并方式,以及实际尺寸光学天线产生的孔径平均效应。基于该模型计算了满足一定BER要求的星地上下行光通信中所需的平均接收SNR。比较了三种合并方式下系统BER性能差异,分析了气象条件和实际光学天线孔径大小对系统性能的影响,对比了上行链路和下行链路系统的性能。相比以往同类研究,本文研究考虑了更多实际因素的影响,改进了大气信道和多孔径相干光接收机BER模型,研究结果对于设计基于多孔径相干光接收机的星地光通信系统具有较好的实际指导意义。

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