Page 35 - 网络电信2020年4月刊上
P. 35
基于 OFDM 的大气激光通信湍流抑制关键
技术研究
郭 倩，宋 鹏，张周强，周阿维，屈萍鸽
西安工程大学机电工程学院
摘要：文章在分析无线激光通信 (FSO) 存在两种
主要的大气信道问题的基础上，针对激光大气信道
问题尤其是在复杂湍流环境下的频率选择性衰落问
题和多径效应问题，提出了基于正交频分复用 (OFDM)
的湍流效应抑制方法，构建 FSO-OFDM 系统，研究了
该系统的基带模型以及信号的多载波调制与解调方
法。分析了无线激光通信中存在复杂湍流环境下的
大气信道问题，讨论了大气湍流影响下的平面波激
光通信系统模型，建立了大气湍流影响下对数正态
湍流通道的高斯光束空间光通信系统模型，推导了
光波强度的概率密度函数，研究了利用信噪比概率
密度函数分析各种大气湍流效应对系统性能影响的
方法；设计了无线光通信系统的 OFDM 多载波调制方
案，构建了 FSO-OFDM 系统基带模式模型，并基于该
模型研究了其信号的调制与解调原理。最后，采用
MATLAB 编程实现 FSO-OFDM 系统，对多径干扰下的
FSO 通信系统进行仿真实验，进行了不同保护间隔下的误码率特性实验，验证了 FSO-OFDM 系统具有很强的
抗多径干扰和频谱选择性衰落能力以及良好的 BER 性能，可有效解决码间干扰大、链路不可靠的问题，具
有非常广泛的应用前景和使用价值。
关键词：无线光通信；湍流效应；正交频分复用；多径衰落；误码率
一、引 言 响；2012年，西安电子科技大学的易湘研究了基于分集接收技
[5]
无线光通信属于大气波导通信，是近三十年来快速发展的 术的相干大气激光通信系统 ；2015年，廖天河等人建立了不
一种通信速率高、组网灵活、波束窄、保密性好、易于维护的 同波束激光在大气湍流传输的数学模型，发现矩形光束可大大
[6]
[1]
新型通信手段，已成为目前国际上的一大研究热点 。但是大 减弱湍流效应 ；2018年，Švihlík等开展了光强波动条件下
气信道湍流效应，会导致无线激光通信(free space optics， 光波畸变自适应相位校正研究，首次从实验上解释了强度波动
FSO)出现码间干扰大、链路不可靠等问题，严重影响无线光通 条件下，湍流大气中光波传播的自适应相位校正效率降低的原
[7]
信系统的性能与技术应用。为此，国内外学者开展了许多理论 因 ；2019年，Krbcová等研究了不同曝光时间和CCD相机噪声
与实验研究。1981年，Lukin等人对大气折射率的低频波动对 水平下的最佳参数设置，所得结果可推广应用于湍流噪声的抑
有限空间光束相位波动的影响进行了研究，给出了大量关于光 制。
[2]
波相位起伏统计特性的实验数据 ；2008年以来，西安理工大 目前围绕空间光及大气信道的研究虽已取得一定进展，但
[7]
学的柯熙政教授等人，研究了大气湍流效应及无线光通信技术 湍流效应仍是空间光通信应用的瓶颈 。基于此，文章将重点
中的大功率、高码率发射技术、PPM调制技术等 [3] ，解决了很 讨论大气激光通信湍流效应对空间光通信信号的影响机理及抑
多关键问题，并研究制成了空间相干光通信系统、无线激光综 制方法。
合业务通信机等实验系统；2011年，哈尔滨工业大学的韩立强 正交频分复用(Orthogonal frequency division
[4]
开展了大气湍流效应下空间光通信的性能及补偿方法研究 ， multiplexing，OFDM)是一种优秀的多载波通信技术，适用于基
提出采用自适应光学技术减小大气湍流效应对空间光通信的影 于FDM技术的高速数据传输。它可以有效地减少由多径效应引起
网络电信 二零二零年四月 57
