外差检测下FSO/RF混合系统中断概率研究

针对大气湍流和指向误差对混合自由空间光通信/射频(FSO/RF)系统传输可靠性的影响,研究了强度调制/直接检测与外差检测两种方式下系统的中断概率性能,其中FSO链路采用Gamma-Gamma大气湍流信道模型,RF链路为莱斯信道模型。利用Meijer's G函数推导出FSO/RF混合链路中断概率的闭合表达式。研究结果表明,在不同大气湍流强度和指向误差条件下,当平均信噪比为30<1B时,相比于强度调制/直接检测,外差检测方式下FSO/RF混合系统的中断概率可降低1~3个数量级,且在高信噪比区域时可更有效对抗大气湍流和指向误差等因素的影响。

RIS辅助的混合RF/FSO系统物理层安全性能分析

【目的】针对自由空间光(FSO)链路和射频(RF)链路的保密信息容易被外部窃听者窃听的问题,为提升混合RF/FSO通信系统的保密性能,同时考虑到实际工程中FSO链路往往无法满足视距条件且不同天线分支之间会由于收发模块小型化产生相关性,需要对可重构智能表面(RIS)辅助的混合RF/FSO系统的安全性能进行研究,以得到系统安全性能与RIS部署位置和天线相关性程度等参数的关系。【方法】文章考虑单个窃听者,分别针对RF和FSO链路进行窃听,RF链路服从任意相关的Nakagami-m分布,FSO链路服从Gamma-Gamma分布。采用解码转发协议,推导得到了两种窃听场景下通信系统的安全中断概率(SOP)和严格正安全容量概率(SPSC)的闭合表达式,并对SOP进行了渐近分析。此外还利用Matlab软件进行了仿真实验,通过蒙特卡洛仿真来验证所推导公式的准确性。【结果】仿真结果表明,将RIS部署在靠近接收端的位置可以降低系统的SOP,RF主信道的信道质量与窃听信道相比较好时,天线相关性程度的增加会使系统的SOP上升。【结论】RIS辅助的FSO链路相比RF链路具有更好的安全性,虽然多天线分集技术能够有效提高系统的安全性能,但是类似指向误差和大气湍流引起的衰落,天线相关性也会对系统的安全性能造成损害,通过降低天线相关性程度能有效提升系统的安全性。

混合FSO/RF系统自动切换条件的研究

研究混合FSO/RF通信系统链路双切换理论,主要针对自由空间光通信受天气因素影响严重的问题。通过分析得出信号的码元速率与带宽成正比关系,降低码元速率即可降低噪声,从而缓解噪声的影响,提高系统信噪比;在能见度较小的天气条件下,低速的自由空间光通信系统性能仍达不到门限值,系统才将切换至射频链路。此理论使实际通信中能够更加充分的利用FSO及RF的优势进行互补,提高系统信噪比的同时又减少了信道切换的次数。

利用混合RF-FSO系统改善深空通信的研究

为了改善深空通信质量,在深空中引入了混合RF-FSO系统以及混合LPPM-BPSK-SIM调制。在不同太阳风波动的环境中,对比分析了采用混合RF-FSO系统与FSO系统的误码率特性。仿真结果表明,深空通信中,采用混合RF-FSO系统的误码率低于传统FSO系统。当采用混合LPPM-BPSK-SIM时,系统性能又得到进一步提升。

混合FSO/RF通信系统链路性能的研究

自由空间光通信可以提供快捷、经济的宽带访问,然而易受天气条件和传输距离限制。文章讨论了如何设计混合FSO/RF系统的链路,使之两种系统相互辅助,提高系统的有效性。链路恢复技术中的动态负载交换算法实现了FSO和RF间的负载交换,确保在不同传输损耗下的服务质量。

混合FSO/RF通信系统性能分析与研究

传统混合FSO/RF通信系统存在一些固有缺陷,这些缺陷使得混合FSO/RF通信系统的实际应用受到很大限制。将混合信道编码技术应用于混合FSO/RF通信系统,提高混合系统的整体传输性能。混合信道编码技术的主要思想是结合非规则编码和速度自适应编码两种技术,非规则码可以非常有效的处理信道的突发错误,速度自适应技术能有效利用时变系统的信道资源。仿真证明:混合信道编码技术(非规则速度自适应LDPC编码)可以提高混合系统的可靠性,使系统的整体传输性能达到最优。

Exponentiated Weibull大气湍流下混合RF/FSO系统容量分析

RF/FSO混合通信系统弥补了自由空间光通信受天气影响严重的问题,提高了系统的可用性。本文研究了Exponentiated Weibull大气湍流下双门限混合RF/FSO系统平均信道容量,考虑大气湍流和指向误差对平均信道容量的联合影响,利用Meijier G函数推导出平均信道容量的闭合表达式。根据平均信道容量闭合表达式进行了仿真,分析了在不同距离、大气湍流强度、抖动标准差和波束宽度条件下,平均信道容量随信噪比变化的关系。

基于2×2放大转发中继的混合RF/FSO系统性能分析

基于放大转发中继方式,研究了2×2中继条件下混合RF/FSO航空通信系统性能。FSO链路服从适于孔径平均条件下的Exponentiated Weibull大气湍流分布模型,RF通信链路为Nakagami-m衰落信道。建立2×2中继混合RF/FSO通信系统模型,利用Meijers’G函数推导求出航空激光通信系统信噪比的概率分布函数及累积分布函数,进一步推导混合通信系统平均误码率和中断概率的闭合表达式。通过仿真分析了不同大气湍流强度、孔径尺寸和调制方式对平均误码率和误码率的影响。仿真结果表明,混合系统中断概率及误码率受湍流强度影响较大,孔径平均效应可有效改善混合RF/FSO传输系统的性能;固定增益中继方式下,混合RF/FSO系统性能主要由RF链路决定;在固定增益中继混合RF/FSO系统中起主要作用;可变增益中继混合RF/FSO系统中,具有较小信噪比的链路在对系统性能的影响起主要作用。

同频干扰下混合MUD-RF/FSO航空中继通信系统性能分析

为了建立同频干扰条件下的混合射频/自由空间光(Radio Frequency/Free Space optical,RF/FSO)航空中继通信系统链路精确模型,提出多用户分集(Multi-User Diversity,MUD)的航空平台RF/FSO混合链路性能分析方法.以独立且同分布的Nakagami-m衰落信道表征射频(Radio Frequency,RF)用户信号和同频干扰(Co-Channel Interference,CCI)信号信道;构建了指数Weibull分布大气湍流与Rayleigh分布指向误差的FSO信道传输模型;在电光转换中继节点采用解码转发协议降低噪声累积.基于系统端到端等价信噪比累积分布函数,获得了RF/FSO混合链路中断概率及平均误码率表达式.研究结果表明,采用相干二进制相移键控调制时,系统误码性能最优;可通过增加用户数的方式来减弱干扰信号的影响.

基于网络丢包率的混合FSO/RF系统切换技术研究

利用C++Builder编程软件提供的相关网络组件,提出了基于网络丢包率的混合FSO/RF系统切换判决机制,在网络中实现了对链路的监控功能,并采用无线路由器、光纤收发器等器件搭建了混合FSO/RF测试系统,对基于网络丢包率的混合系统切换机制进行了测试,结果表明采用网络切换判决方案,能够自动选择链路通信,保证数据不间断地传输。

基于SC分集的混合FSO/RF航空通信系统性能分析

研究了基于选择合并(SC)分集的混合激光/射频(FSO/RF)航空通信系统性能,该系统设计简单且在发射端无需信道状态信息(CSI)。激光链路服从平均孔径效应下的Exponentiated Weibull大气湍流分布模型,射频采用Nakagami-m衰落信道模型,推导求出混合FSO/RF航空通信系统接收端信噪比的累积分布函数,进一步利用Meijer′s G函数推导了混合FSO/RF通信系统中断概率以及平均误码率的闭合表达式,通过仿真对比分析了不同湍流强度、调制方式及分集通信方案对系统中断、误码性能的影响。仿真结果表明,混合FSO/RF航空通信系统有效地利用了FSO及RF链路在不同大气信道条件下的互补性质,具有更优的中断和误码性能;采用BPSK调制能有效降低大气湍流对混合FSO/RF航空通信系统的影响;信噪比高时,并行传输、分集接收的通信方案对系统误码性能的改善要优于低阶调制对误码性能的改善。

雨雾天气下混合FSO/RF系统性能研究

通过对混合FSO/RF系统雨、雾天气下的误码率进行研究,从仿真结果中分析出雾是影响FSO系统的最主要因素,得出RF系统可以弥补FSO链路雾天缺陷的结论。经分析对比出雨天对FSO系统的影响要远小于雾天对FSO系统的影响。同时还对雨、雾天气情况下的开关键控(OOK)和脉冲相位调制(PPM)的性能进行了仿真分析。验证了在无线光通信系统中,PPM调制系统性能要优于OOK调制系统的性能。

混合RF/FSO中继系统中断性能研究

为准确评价混合射频/自由空间光通信(RF/FSO:Radio-Frequency/Free-Space Optics)中继系统性能,利用Meijer's G函数推导得到混合RF/FSO中继系统端到端中断概率闭合解析表达式。该混合RF/FSO中继系统采用放大转发中继、RF(Radio-Frequency)双天线发射技术。RF信道衰落服从Rayleigh分布,FSO(Free-Space Optics)信道衰落服从M分布。蒙特卡洛仿真验证了推导结果的准确性。

软切换FSO/RF链路混合编码调制算法性能分析

将自由空间光(FSO)通信链路的高速率优势与射频(RF)链路的可靠性优势互补结合,针对FSO/RF混合通信链路组网的物理层数据可靠传输问题,研究软切换机制下采用LDPC混合编码与2-PPM和16QAM调制的系统方案性能。混合系统FSO链路在Gamma-Gamma信道不同湍流强度与RF链路在Rician信道不同信噪比条件下的仿真结果表明,所述方案在软切换下达到1×10^(-6)误比特率时,不同条件下可获得1.3~8.0 dB不等的性能增益改善,显著提高在不同链路条件下FSO/RF混合通信系统的数据传输可靠性。

强湍流条件下软切换FSO/RF混合链路中HARQ方案的对比分析

针对FSO/RF混合链路在雾天强湍流信道环境下的数据可靠传输问题,研究三种不同合并策略下混合自动请求重传(HARQ)方案的中断概率和吞吐量性能。在K分布强湍流信道条件下,采用高斯随机变量的近似方法对单次合并、最大比合并、增量冗余合并三种HARQ协议的性能进行理论计算分析。数值计算结果表明,在雾天强湍流信道条件下,采用增量冗余HARQ协议的系统性能明显优于单次合并、最大比合并方案,通过调整初始码率和重传次数,可显著降低系统中断概率,从而提高FSO/RF混合系统在恶劣环境下数据传输的可靠性。

基于马尔科夫模型的双站激光微波混合链路性能分析

针对气象变化对自由空间光(Free Space Optical,FSO)通信链路和毫米波射频(Radio Frequency,RF)通信链路可用率的影响问题,采用马尔科夫建模与稳态概率求解计算方法,分析不同天气条件下FSO/RF混合链路的双接收站分集与中断概率性能.基于FSO链路和RF链路的信道模型,采用有限状态马尔科夫链(Finite State Markov Chain,FSMC)分别对单双站FSO/RF混合链路的切换选择进行建模,推导得出不同参数和天气情况下系统稳态的中断概率表达式.数值计算结果表明,当中断概率达到10^(-6),雨雾天气链路距离为1~7 km时,双站FSO/RF混合链路相比单站可获得4~25 dB的增益.

具有能量收集的双向RF/FSO中继系统性能分析

设计了一种在大气湍流和指向误差影响下的带有能量收集的混合双向RF/FSO中继传输系统。RF信号部分采用能量分割的方式进行能量收集,FSO信号部分则将其信号中的直流电分量所携带的能量收集起来存储在中继器中。其中射频RF链路采用Nakagamim信道衰落模型,自由空间光FSO链路采用Gamma Gamma信道衰落模型。并且计算出了两条链路各自的累积分布函数CDF。采用DF的中继协作方式,并利用Meijei G函数推导出系统中断概率的闭合表达式,最终通过仿真来验证结果的正确性。

一种新型的FSO/RF切换算法研究

工业现场环境恶劣,噪声源种类繁多且复杂,可靠性难以满足通信需求。针对此情况,为提高射频无线通信工业现场传输可靠性,提出一种FSO/RF切换算法,在噪声环境下,优化现有无线通信系统传输,有效提高射频无线通信可靠性。建立无线通信受噪声影响的模型,以此分析各项影响无线通信传输质量的因素,并提出有效的信道切换方法。通过判决信号传输中的误码情况对FSO及RF通信信道进行切换,提高无线通信系统传输效率。数学模型及仿真结果表明,FSO/RF切换算法能有效提高工业无线通信的可靠性。

基于凸优化的FSO/RF自动请求重传协议方案

针对FSO/RF混合链路的高效可靠数据传输问题,研究系统在二进制相移键控(BPSK)调制与ARQ差错控制模式下双链路重传协作的优化设计方法。基于FSO信道双伽马(Gamma-Gamma)分布的湍流模型和RF信道Nakagami-m分布的衰落模型,推导得出混合链路平均包错误率与吞吐量的解析表达式,并运用凸优化求解方法得出吞吐量最优解时的数据重传协作比例系数。在不同大气湍流强度与衰落因子条件下,计算分析了FSO/RF混合链路ARQ数传方案的平均包错误率与吞吐量性能。数值结果表明,采用优化后的ARQ双链路重传比例策略,可有效提高混合链路传输的可靠性与数据吞吐量性能。

基于混合光电传输的无人机中继通信系统性能分析

针对基于光电混合架构的无人机中继通信系统下行链路多用户传输场景,提出了一种基于统计信道状态信息的波束成形方案,并进一步分析了系统的中断概率。在该混合架构中,基站—无人机链路和无人机—用户链路采用自由空间光技术和射频传输完成通信过程。在已知RF链路统计信道状态信息的情况下,首先提出了一种波束成形方案以抑制用户间干扰,实现所有用户同时通信,提升了系统的频谱效率。然后,在自由空间光链路和射频链路分别服从Gamma-Gamma分布和Nakagami-m分布的条件下,推导出了系统中断概率的闭合表达式。进一步,得到了高信噪比条件下中断概率的渐进表达式,获得了系统的分集度。最后,仿真结果验证了理论分析的正确性以及所提方案的优越性。