圆偏振移位键控的星地激光通信误码率研究

光束的偏振特性在大气传输中变化比较小,因而偏振移位键控调制具有较高的可靠性。以星地激光通信为背景,研究星地激光通信链路的圆偏振移位键控调制的误码率性能。考虑到大气湍流的影响,采用Hufnagle-Valley大气折射结构常数模型,在Rytov方差分别为0.082,1.11这两种弱、强湍流起伏条件下,通过对比圆偏振移位键控调制和直接检测开-关键控调制的误码率,得到了同等湍流起伏条件下前者误码率性能比后者突出的结论。特别是Rytov方差为0.082时,要达到10-7的误码率,它们对信噪比的要求分别是21.65dB和30dB,圆偏振移位键控调制对信噪比的要求降低了8.35dB。此外,还分析了近地面折射结构常数、天顶角和地面风速这3个因素对误码率的影响,仿真结果表明圆偏振移位键控调制的误码率比直接检测开-关键控调制最少降低2个数量级。因此,圆偏振移位键控调制在未来星地激光通信中有着广阔的发展前景。

大气湍流下圆偏振调制性能研究

结合孔径平均技术,研究了湍流和瞄准误差联合效应信道下圆偏振移位键控(CPOLSK)调制的误码率和中断概率性能。基于Meijer G函数,推导了CPOLSK调制误码率和中断概率的闭合表达式;仿真研究了归一化波束宽度、归一化抖动标准差以及接收孔径对系统平均误码率、中断概率的影响,进行了数值分析,并与开关键控调制(OOK)的误码率进行了比较;通过蒙特卡洛仿真,对基于偏振调制的自由空间光(FSO)通信系统性能的数值分析结果进行了验证。结果表明:同一条件下,CPOLSK调制的误码率性能优于OOK调制;归一化波束宽度对系统性能的影响是非线性的,存在最优值;随着归一化抖动标准差的增大,系统的性能会下降;增大接收孔径尺寸,可以有效地提高系统的性能。研究结果对FSO通信系统的设计具有实际指导意义。

基于偏振移位键控的平衡探测大气激光通信技术研究

在分析光波偏振特性的基础上，提出了偏振移位键控（PolSK）技术，即对激光偏振态参数进行调制／解调的技术。构建了基于圆偏振移位键控（CPolSK）的平衡探测大气激光通信系统，利用圆偏振光的两种旋态（左旋和右旋）进行编码通信。并对开关键控（OOK）系统与单路接收PolSK系统、平衡探测CPolSK系统进行计算机仿真，对比、分析各通信系统性能。结果表明，PolSK技术在自由空间光通信领域具有独特的优越性。平衡探测CPolSK的大气激光通信系统接收信号波形的幅值为OOK系统和单路接收PolSK系统的2倍。且在相同仿真参数条件下，平衡探测CPolSK系统的眼图也远优于OOK系统。由此可以看出，基于PolSK的大气激光通信技术可有效提高通信系统性能，在未来的自由空间光通信领域有广阔的发展空间和应用前景。