洗钱,大气激光信道传输的特别介质影响及其信号处理,薛丁山

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摘要: 随着通信技术向大容量和长距离方向发展。大气激光通信在卫星间通信、本地网“最后一公里”接入及军事通信等领域有着广阔的应用前景。...

跟着通讯技能向大容量和长距离方向开展,大气激光通讯在卫星间通讯、本地网“最终一公里”接入及蔡喜宏军事通讯等范畴有着宽广的运用远景。大气空间光通讯是指以激光束为信息载体,在空间中直接进行数据、语音和视频等信号传输的通讯技能,交融了微波通讯和光纤通讯的优势,能进行点对点、点对多点或多点间的语音、数据和图画双向通讯。国际上现已对空间光通讯体系所触及的各项关键技能展开了深入研讨,获得了打破性开展,成功完结了星间通讯和星地通讯。我国也已成功地试验了星地通讯,许多单元技能已趋于老练。

自由空间光通讯 (free space optical communication,FSO钟紫怡) 体系是无线通讯与光纤通讯两者结合的产品。它包含深空卫星、同步轨迹卫星、中轨迹卫星、低轨迹卫星之间及地上站之间的激光通讯,还包含卫星与地上站之间的激光通讯。大气激光通讯是运用激光在大气中传输来通讯, 与无线电比较,光具有频率高、方向性强、可用频谱宽、保密性强等长处;与光纤通讯比较,具有造价低、施工简略、速度快等优势。

20 doaez世纪 80 时代,各国竞相开端对不同调制办法的自由空间光通讯技能进行理论与工程化研讨。

美国、日本及欧洲的一些国家在光通讯技能方面的研讨一向处于领先地位。

80 时代初,麻省理工学院 (Massachusetts Institute of Technology,MIT) 林肯试验室和美国航空航天局 (Nati王媛王雨onal Aeronautics and Space Administration,NASA) 联合研发了 NASA-A初欢参杞片CCS 通讯卫星演示体系,发射机选用了差分相移键控 (differential phase shift keying,DPSK) 调制办法,经过光外差检测进行接纳,并于 1989 年成功发射了装载该体系的卫星。1995 年,由 NASA 支撑的加州理工爱情面包房学院喷气推动试验室 (Jet Propulsion Laboratory,JPL) 研发完结了激光通讯演示体系(laser communication demonstration systems, LCDS),对信号光选用 OOK 调制办法。OOK 调制的长处是对激光器光源频率的安稳性要求不高,信标光选用接连波 (continuous wave,CW) 调制办法,LCDS 的数据传输速率为 750Mbit/s。1995 年,美国战略导弹防护安排施行了空间技能研讨车 2 (Space Technology Researchsw277 Vehicle 2, STRV-2) 试验方案。STRV-2 的通讯单元选用 IM/ DD 办法半导体激光发射和雪崩光电二极管接纳,数据传输速率估量到达 1Gbit/s。2000 年,朗讯公司和 Astro Terra 公司成功完结了 1550nm 邻近 4 波长、波分复用为 10Gbit/s、传输距离为 5km 的无线光通讯试验商用体系。2013 年 10 月,美国 NASA 成功完结了月球激光通讯终端与地上的激光通讯链路,数据传输速率为 622Mbit/s。该项目选用 16-PPM 调制、超导纳米线单光子勘探及地上终端阵列收发技能,有用战胜洗钱,大气激光信道传输的特别介质影响及其信号处理,薛丁山了大气湍流信道的光强闪耀问题和接纳功率密度低的问题,完结了灵敏度极高的光子接纳。

欧洲首要的光通讯研讨安排是欧洲航天局 (European Space Agency, ESA) 以及英国、法国和德国的一些组织。

80时代后期,ESA 拟定了闻名的半导体激光星间链路试验洗钱,大气激光信道传输的特别介质影响及其信号处理,薛丁山 (Semiconductor-Laser Intersatellite Link Experiment, SILEX) 方案,该方案是在卫星之间树立激光通讯链路,研发一切关于卫星之间激光通讯的子体系和通讯单元。1994 年,由英国、加拿大和比利时的公司联合研发了小型光学用户终端 (small optical user terminal, SOUT) 和甚小光学用户终端 (very small optical user terminal, VSOUT),选用 IM/ DD 办法完结星间链路通讯。2001 年,SILEX 方案中研发的通讯终端成功完结了世界上初次星间激光链路试验,选用二进制相移键控调制 (binary phase shift keying,BPSK) 相干检测办法皖h88888,通讯速率为 50Mbit/s。2005 年,德国宇航中心 (DLR) 研发了BP洗钱,大气激光信道传输的特别介质影响及其信号处理,薛丁山SK 调制/零差检测光通讯通讯终端 (laser communication terminal, LCT),通讯试验数据传输速率到达了 5.625Gbit/s,也是现有星地通讯试验中的最高速率。2006 年 5 月,日本的光学轨迹间通讯工程试验卫星 (Optical Inter-orbit Communication Engineering Test Satellite, OICETS) 与国家信息通讯技能研讨所 (National Institute of Information and Communication Technology, NICT) 地上站成功地完结了激光通讯试验。OICETS 搭载的激光运用通讯设备 (laser utilizing communication equipment, LUCE) 激光通讯终端,选用光功率为 100mW、偏振态为左旋圆偏振的 847nm 激光,调制办法为非归零码直接强度调制,数据速率为 49.3Mbit/s,误码率为 10−6。2009 年,英国诺森比亚大学 Popoola 指出大气湍流会大大下降直接检测体系功能,副载波调制优于 OOK,是一种有用按捺大气湍流影响的调制办法,能够将副载波 BPSK 调制技能运用于大气通讯链路。2014 年 11 月,AlphaSat 卫星与 “岗兵”1A 之间进行了第二代激光通讯终端 (laser communication terminal, LCT) 激光通讯验证,选用 BPSK 调制/零差检测, 测验速率到达 600Mbit/s,到 2015 年 8 月,已成功进行了 100 屡次高速激光通讯试验。

国内对自由空间光通讯的研讨起步较晚,但近年来现已获得了一些打破和进 展。

2002 年,中国科学院成都光电技能研讨所开发了无线光通讯终端,传输速率为 10Mbit/s,作业波长为850nm,通讯距离为1∼4km,发射功率为 3∼30mW。电子科技大学对空间激光通讯关键技能进行了有利的探究,2002 年研发了地上演示体系进行卫星光通讯验证。武汉大学首要进行大气激光通讯及信标光的捕获和盯梢方面的研讨,于 2002 年进行了大气激光通讯试验,选用 IM/ DD 办法,并在 2008 年完结了空间光通讯主动盯梢伺服体系的地上模仿试验,2011 年完结 4.6km FSO 链路,运用密布波分复用完结了 5Gbit/s 数据传输。西安理工大学自 2000 年起对大气激光通讯体系进行研讨,在光学规划、编码调制等方面获得了令人欢喜的开展, 现已成功研发出一种无线激光通讯体系终端,具有一些常用数字接口,包含串口、 并口、以太网,能在核算机或终端设备之间完结全双工通讯,完结数据、语音和图画的牢靠传输。2009 年,广西桂林激光通讯研讨所研发了激光大气通讯机。该通讯机通讯距离能够到达 5km,通讯速率为 155Mbit/s,误码率小于10−7。哈尔滨工业大学深入研讨了星间激光通讯技能。2011 年 10 月,哈尔滨工业大学研发的星地通讯终端搭载在“海洋二号”卫星上,进行了我国初次星地激光通讯试验并获得圆满成功,单路数据传输率能够到达 504Mbit/s。2013 年 9 月,长春理工大学成功地完结了飞机和飞机间的远距离激光通讯试验,且在深空光通讯方面也进行了有利的探究与研讨。

从国内外自由空间光通讯开展头绪能够看出:自由空间光通讯技能发射端已由开始的 OOK 调洗钱,大气激光信道传输的特别介质影响及其信号处理,薛丁山制办法向其他多种调制技能开展,如 SCM 调制、PPM 调制、多脉冲方位调制 (MPPM)、数字脉冲距离调制 (DPIM) 以及 BPSK 调制等,牢靠、高效和抗干扰能力强的调制技能是进行高传输速率和低误码率通讯的确保,在进步体系功能方面起侧重要作用。自由空间光通讯的接纳端也因为直接检测灵敏度低而向相干检测方向开展。

降雨、雾、沙尘对大气信道传输的影响

激光在大气信道传输时受气候条件的影响很大,这首要是因为大气中气体分子和气溶胶粒子的吸收和散射构成的。在大气天然介质中的首要影响物质是CO2、O2、 水滴、烟、尘埃、龙脑等。在对流层中,大部分水分以水蒸气、雾、水滴的方法结合起来,使能见度下降。据计算,激光在大气中的雨、雾、雪中的衰减程度依次是 3∼8dB/km、3∼10dB/km永久的守灯人 和 3∼20dB/km。

爆破发生的烟雾对大气信道传输的影响

国外对激光在烟幕中的传输研讨较多,而且许多是在烟箱中进行试验,然后经过 Mie 理论进行剖析和核算。

大气激光通讯在战场环境的运用越来越多,作为战时的应急通讯手法越来越受到重视。激光在战场的通讯质量与战场环境有最直接和最大的联系,而哥哥我错了爆破作为战场的最首要要素,研讨爆破与激光通讯有重要意义。

更多内容,详见目录

前语

第1章 大气激光通讯 1

1.1 大气激光通讯的开展 1

1.2 大气信道传输概论 3

1.2.1 降雨、雾、沙尘对大气信道传输的影响 3

1.2.2 爆破发生的烟雾对大气信道传输的影响 4

1.3 大气激光通讯下OFDM的开展 5

参考文献 7

第2章 光信号在大气介质中的能量衰减 9

2.1 大气介质对光信号传输的影响 9

2.1.1 大气分子的吸收效应 11

2.1.2 大气分子的散射效应 12

2.1.3 大气湍流效应 13

2.1.4 大气气溶胶对光信号的影响 14

2.2 降雨对光信号的影响 16

2.2.1 雨滴单球粒子的Mie散射 17

2.2.2 光波在雨介质中的衰减 17

2.2.3新华龙电子有限公司 雨滴尺度散布模型 19

2.2.4 雨滴单球粒子的核算机仿真 20

2.2.5 光波在雨介质中的衰减仿真 22

2.3 雾的方沐容物理特性及对光信号的衰减效应 24

2.3.1 雾的散布与分类 24

2.3.2 雾的气溶胶模型 25

2.3.3 雾滴谱散布 26

2.3.4 雾滴尺度散布模型 27

2.3.5 光信号在雾中的衰减仿真 28

2.4 沙尘暴对光信号的衰减效应 30

2.4.1 沙尘气溶胶模型与衰减特性 31

2.4.2 沙尘气溶胶粒子的复折射率 32

2.4.3 沙尘气溶胶的衰减特性 33

2.5 本章小结 36

参考文献 36

第3章 爆破发生的烟雾对激光传输影响研讨 38

3.1 烟雾对激光衰减的核算 38

3.1.1 van de Hulst近似办法 39

3.1.2 爆破烟雾中激光衰减核算需求确认的参数 40

3.1.3 爆破烟雾粒子散布选取 40

3.1.4 梯度传输理论 41

3.2 爆破烟雾粒子的分散形式 45

3.2.1 接连点源高斯分散形式 46

3.2.2 烟团分散形式 48

3.2.3 美国AD陈述引荐的烟幕分散形式 49

3.2.4 爆破烟雾分散形式的假定 50

3.2.5 仿真核算 51

3.3 爆破对激光传输中湍流强度的影响公式推导 55

3.3.1 爆破产品模型剖析 55

3.3.2 爆破发生大气压强的核算 56

3.3.3 爆破超压峰值的比照 58

3.3.4 爆破发生湍流的核算 60

3.3.5 仿真成果与剖析 61

3.4 本章小结 63

参考文献 63

第4章 大气激光通讯下OFDM体系结构及影响要素 65

4.1 大气激光通讯下OFDM的数学描绘 65

4.1.1 基本原理 65

4情侣装常青紫装.1.2 维护距离和循环前缀 68

4.1.3 大气激光通讯下OFDM相干体系模型 70

4.2 大气激光通讯下OFDM体系信道估量 73

4.2.1 信道估量算法 74

4.2.2 插值算法 77

4.2.3 根据导频的大气激光通讯下OFDM信道估量 78

4.2.4 根据练习序列的大气激光通讯下OFDM信道估量 81

4.3 信道编码下的大气激光通讯OFDM信道估量 85

4.3.1 RS码下的信道估量 86

4.3.2 Turbo码下的信道估量 88

4.3.3 LDPC码下的信道估量 90

4.3.4 仿真比较剖析 92

4.4 本章小结 93

参考文献 93

第5章 大气激光通讯下的相位均衡技能 95

5.1 相位均衡技能概述 95

5.1.1 BPSK调制技能 95

5.1.2 QPSK调制技能 96

5.1.3 QAM调制技能 97

5.1.4 自适应滤波器原理 97

5.1.5 自适应滤波器运用 98

5.1.6 大气激光通讯下的董香簿本均衡体系模型 101

5.1.7 格形结构自适应滤波器 101

5.2 最小均方差错算法 102

5.2.1 LMS算法原理 102

5.2.2 RLS最小均方差错算法 103

5.2.3 算法的功能剖析 104

5.2.4 仿真成果与剖析 105

5.3 恒模盲均衡算法 106

5.3.1 恒模盲均衡算法原理 106

5.3.2 盲均衡技能的运用 107

5.3.3 Godard算法 108

5.3.4 Bussgang类算法 108

5.3.5 CMA算法 109

5.3.6 CMA算法的改善 110

5.3.7 仿真成果与剖析 112

5.4 本章小结 113

参考文献 114

第6章 适于高速传输的大气激光通讯 115

6.1 根据MIMO体系的大气激光通讯 115

6.1.1 MIMO体系简介 115

6.1.2 体系模型的树立 116

6.1.3 自适应波束构成技能 117

6.1.4 恒模算法的改善运用 118

6.1.5 仿真成果及剖析 119

6.2 适于信息高速传输的均衡技能 120

6.2.1 64-QAM调制技能的运用 120

6.2.2 均衡体系模型 120

6.2.3 步长因子的挑选对恒模算法中的影响 121

6.2.4 眼图及蒙特卡罗曲线 122

6.2.5 仿真成果及剖析 1洗钱,大气激光信道传输的特别介质影响及其信号处理,薛丁山23

6.3 本章小结 126

参考文献 126

第7章 大气湍流信道不同调制办法直接检测功能 127

7.1 直接检测接纳机模型 127

7.1.1 直接检测的基本原理 127

7.1.2 光电检测器计算特性 128

7.1.3 光电检测器噪声模型 129

7.2 开关键控直接检测功能 131

7.2.1 接纳机信噪比和灵敏度 131

7.2.2 对数正态散布信道接纳机功能 133

7.2.3 Gamma-Gamma信道接纳机功能 135

7.3 脉冲方位调制直接检测 137

7.鹰王和鼹鼠3.1 单脉冲方位调制 137

7.3.2 差分脉冲方位调制 140

7.4 数字脉冲距离调制直接检测 140

7.5 副载波强度调制体系载噪比 142

7.5.1 ASK副载波强度调制 142

7.5.2 MPSK副载波强度调制 144

7.5.3 OFDM副载波强度调制 144

7.6 本章小结 14洗钱,大气激光信道传输的特别介质影响及其信号处理,薛丁山7

参考文献 147

第8章 大气湍流信道相干检测体系功能 149

8.1 相干光检测技能 149

8.1.1 相干光检测体系组成 149

8.1.2 相干光检测基本原理 149

8.1.3 相干光检测长处及关键技能 150

8.2 相干光检测灵敏度及影响要素 151

8.2.1 相干光接纳机检测灵敏度 151

8.2.2 Gamma-Gamma信道相干光检测功能 155

8.3 相干光检测载波康复技能 156

8.3.1 MPSK载波频偏估量和相位估量算法 156

8.3.2 副载波强度调制载波康复 158

8.3.3 OFDM载波频偏估量洗钱,大气激光信道传输的特别介质影响及其信号处理,薛丁山算法神艺缘 162

8.4 偏振复用/偏振分集接纳相干检测 166

8.4.1 相干检测偏振分集接纳 166

8.4.2 偏振复用/相干接纳 167

8.5 本章小结 167

参考文献 168

第9章 紫外光通讯 169

9.1 紫外光通讯简介 169

9.1.1 紫外光通讯原理 169

9.1.2 紫外光通讯特色 170

9.2 紫外光通讯的运用 171

9.3 紫外光通讯国内外研讨现状 173

9.3.1 国外研讨情况 173

9.3.2 国内研讨情况 174

9.4 紫外光通讯体系理论剖析 175

9.4.1 大气组成及紫外光光谱特性 175

9.4.2 紫外光通讯信道特性剖析 176

9.4.3 紫外光通讯两种大气传输模型 179

9.4.4 非直视紫外光通讯体系的两种模型 182

9.5 晴朗气候下紫外光通讯体系功能剖析 186

9.5.1 途径损耗剖析 187

9.5.2中华大排档 脉冲响应剖析 188

9.5.3 体系3dB带宽 190

9.5.4 信道容量仿真猜测 192

9.6 紫外光源和光的接纳设备 194

9.6.1 紫外光源 194

9.6.2 光电勘探器 197

9.6.3 滤光片 199

9.6.4 无线紫外女明星相片光通讯可行性试验剖析 200

9.7 本章小结 202

参考文献 203

本文摘编自朱耀麟等著《大气激光信道传输的特别介质影响及其信号处理》文前及第一章,内容有删减。

大气激光信道传输的特别介质影响及其信号清川静江处理

朱耀麟等 著

责任修改: 宋无汗 张瑞涛

北京:科学出版社 2019.01

ISBN:978-7-03-059846-2

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《大气激光信道传输的特别介质影响及其信号处理》以大气激光通讯的无线信道传输特性和信息处理为主线,全面体系地介绍不同大气条件对自由空间激光通讯传输特性的影响,重视基础理论剖析与运用实践相结合,首要内容包含大气介质、降雨、雾、沙尘暴以及爆破发生的烟雾对大气信道传输的影响,OFDM体系结构及不同信道编码下的信道估量适用于高速传输的MIMO体系的大气激光通讯和均衡技能,大气湍流信道不同调制办法下直接检测体系功能,相干光检测技能的光传输体系及偏振复用/偏振分集接纳的相干检测,以及晴朗气候下紫外光通讯体系的功能等。本书侧重评论对大气激光通讯最具影响的要素,并在必定程度上反映了国内外的研讨现状。

(本期修改:安 静)

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作者:admin本文地址:http://www.fukuryouhousuu.com/articles/842.html发布于 3个月前 ( 04-06 12:03 )
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