Page 31 - 网络电信2021年11月刊下
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解 决 方 案
图 6 闪烁指数与 σ1 的关系 ( 球面波 )
类似地，可以近似计算得到小尺度湍流所对应的接收端振
幅对数起伏为：
图 7 波前预测与像清晰 AO 结合自适应补偿系统
上面给出的各表达式实际上反映了接收光信号的信噪比变
化。为清楚起见，进行了数值分析，图3～图6给出了不同内尺
度下平面波和球面波入射时的对数振幅起伏和闪烁指数σ2I随
Rytov方差的平方根变化的情况。图中取入射波长为1550nm。
图 3 对数振幅起伏与 σ1 的关系 ( 平面波 )
从图中可以看出，当σ1＜1时，即在弱湍流的情况下，在小尺
度的湍流模型中，内尺度效应对于闪烁指数的影响可以忽略不
计；随着湍流强度的逐渐增大。内尺度效应对闪烁指数的影响
越来越大；此外，对于相同的湍流强度来说，内尺度越大，闪
烁指数也就越大，该结论尤其在中等强度湍流区域最为明显。
根据该研究结果，湍流引起传输光场波前畸变，表现在接
收信号上，出现信号闪烁，实际上降低了系统信噪比。波前畸
图 4 对数振幅起伏与 σ1 的关系 ( 球面波 ) 变引起光束偏移和信号闪烁等一系列劣化接收机性能的现象，
虽然可通过倾斜补偿(信号跟踪)矫正光束偏移而提高光接收能
量，但对于湍流引起的信号闪烁并未消除，特别是宽带自由空
间光通信，信号闪烁导致的误码仍会相当严重。从此节的讨
论以及从通信系统的抗噪特性分析过程中也可以看出这点。所
以，对于宽带自由空间光通信，既要提高光接收能量，也要尽
可能消除信号闪烁影响。湍流大气引起的波前畸变，严重影响
光通信系统的稳定性，特别是对于宽带(Gbot/s以上传输速率)
自由空间光通信系统，该影响将是破坏性的。对于湍流引起的
信号闪烁，从光链路上矫正波前畸变是根本办法。通常情况
下，采用光发射功率动态控制技术、多单元光发射与光接收技
术、信号精跟踪技术等都是提高自由空间光通信可靠性的有效
图 5 闪烁指数与 σ1 的关系 ( 平面波 )
手段，限于篇幅，这里仅介绍多单元光发射与光接收技术，重
点介绍无波前传感器波前矫正技术。
在自由空间光通信系统中，波前矫正除考虑到技术本身要
求外，还需要兼顾体积、质量以及成本。文中研究的无波前传
感器的新型自适应光学技术方案，用于宽带空间光通信系统矫
正湍流大气传输光场畸变波前。系统方案如图7所示。
在图7中，既考虑了提高光接收机的能量耦合效率，又对
波前畸变实行高阶补偿，以减弱信号闪烁效应，降低系统误码
率。在该方案中，波前预测和波前重构算法采用梯度下降算法
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