大氣激光通信中的信道估計與均衡.pdf

1、大氣激光通信技術(shù)具有容量大、頻帶寬、功耗小、保密性好以及架設(shè)靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是解決“最后一公里”問題的有效手段。然而，激光信號在大氣信道中傳輸時會受到大氣分子與懸浮粒子的吸收與散射作用，致使接收光脈沖發(fā)生脈沖時延與展寬現(xiàn)象。尤其是在沙塵、降雪、濃霧等惡劣天氣下將會產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間串?dāng)_，這將對激光通信的可靠性造成不良影響。當(dāng)前，信道條件的不理想已成為制約大氣激光通信發(fā)展與應(yīng)用的主要障礙，研究大氣激光通信系統(tǒng)的信道估計與均衡技術(shù)具有重要

2、意義。本文的主要工作如下：
　　1.分析了大氣吸收與散射以及大氣湍流效應(yīng)對光信號的影響，以沙塵粒子為例，重點(diǎn)研究了大氣粒子吸收與散射對光脈沖造成的時延與展寬。在此基礎(chǔ)上建立了大氣激光通信系統(tǒng)離散時間信道模型。
　　2.研究了基于時分復(fù)用（TDM）訓(xùn)練序列信道估計方案，比較了其在最小二乘（LS）準(zhǔn)則及最小均方誤差（MMSE）準(zhǔn)則下的估計性能，同時分析了訓(xùn)練序列長度對估計精度的影響。結(jié)果表明：MMSE信道估計算法相較于LS信道估

3、計算法具有更好的估計性能，但該算法需要利用信道協(xié)方差矩陣等先驗信息，在實(shí)際的無線光通信系統(tǒng)中使用受限。另外在其他條件不變的條件下，發(fā)送的訓(xùn)練序列長度越長估計越準(zhǔn)確。
　　3.TDM信道估計方案需要單獨(dú)發(fā)送訓(xùn)練序列，降低了系統(tǒng)的頻帶利用率。針對該問題，本課題研究了適用于無線光通信的疊加訓(xùn)練序列信道估計方案。發(fā)送端將周期訓(xùn)練序列代數(shù)疊加到信息序列上一塊發(fā)送，接收端只需利用對應(yīng)的一階統(tǒng)計信息即可完成信道估計。推導(dǎo)了該方案的估計均方誤差，

4、研究了相關(guān)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明：在無需占用額外帶寬的情況下，疊加訓(xùn)練序列信道估計方法可取得與TDM信道估計相近的性能；疊加訓(xùn)練序列長度越長，估計越準(zhǔn)確；功率分配因子對方案性能影響較大，實(shí)際系統(tǒng)中可取為0.2。
　　4.為了實(shí)現(xiàn)信道補(bǔ)償，本課題進(jìn)一步研究了基于信道與噪聲估計的頻域均衡方法。利用信道估計結(jié)果結(jié)合噪聲方差估計，在頻域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了信道補(bǔ)償。與時域均衡相比，所提方案實(shí)現(xiàn)簡單且算法復(fù)雜度低。結(jié)合仿真比較了頻域迫零（Z