相關信道中大氣光MIMO系統(tǒng)的性能分析.pdf

1、大氣激光通信是微波通信與光纖通信相結合的一種新興通信技術，綜合了微波通信的靈活接入和光纖通信的高傳輸速率等優(yōu)點，在很多領域，特別是軍事領域具有廣闊的應用前景。激光在大氣信道中傳輸時容易受到大氣湍流的影響，引起信號衰落，造成誤碼率增加，嚴重時甚至出現通信中斷。多輸入多輸出（MIMO）技術不但可以有效抵御大氣湍流，而且可以在不需要額外增加系統(tǒng)帶寬和發(fā)射功率的前提下大大增加系統(tǒng)容量、提高系統(tǒng)頻帶利用率，因而成為改善系統(tǒng)性能的一種有效措施，是近

2、年來大氣激光通信領域的一個研究熱點。
　　然而，大量關于光MIMO技術的理論研究都是基于信道獨立的假設條件，實驗研究表明，這種假設過于理想化，并不切合實際。在實際的傳輸信道中，發(fā)散角過大及湍流等的影響都會引起各光束間的空間相關性。此外，系統(tǒng)終端尺寸受限會導致天線元素間距過小，空間相關性增大，進一步限制了光MIMO通信系統(tǒng)的性能。本文正是基于這樣的考慮，在分析了大氣湍流信道統(tǒng)計特性的基礎上，針對強度調制/直接檢測（IM/DD），重點

3、討論并分析了空間相關性對光MIMO系統(tǒng)的信道容量和誤碼率的影響，主要工作如下：
　　(1)結合光MIMO系統(tǒng)的信道模型，分析了不同相關場景下的信道衰落系數矩陣，并采用指數相關模型分析了對數正態(tài)分布下相關光MIMO系統(tǒng)的信道特性，為下一步工作奠定了基礎。
　　(2)針對OOK調制，推導了采用均勻圓形陣列的相關光MIMO系統(tǒng)的平均信道容量以及中斷信道容量的表達式，仿真并分析了空間相關性對二者的影響。針對PPM和MPPM調制方式，

4、推導了考慮空間相關性的光MIMO系統(tǒng)在Poisson機制下的平均信道容量的表達式，并對結果進行了進一步化簡。結果表明：空間相關性會嚴重影響光MIMO技術通過增加分集增益所帶來的優(yōu)勢，而且這種影響會隨著相關性的增加而變大。
　　(3)討論了PPM調制Poisson機制下的最大似然準則，在此基礎上，推導了大氣激光通信相關MIMO系統(tǒng)的誤碼率的上界，并采用Wilkinson近似方法對表達式進行了簡化。結果表明：相關性的存在使得光MIMO