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无线光副载波调制相位噪声特性及补偿技术研究

王晨昊  
【摘要】:无线光通信(Wireless Optical Communication,WOC)是以激光束作为光载波,在自由空间传输信息的无线宽带通信技术。无线光通信中副载波调制可以有效的抑制大气湍流效应,但是系统接收端电解调模块中的相位噪声会导致系统性能劣化。研究无线光副载波多进制相移键控系统在湍流信道下受相位噪声影响的系统性能,为相位噪声估计与补偿提供了一定的理论依据。本文的主要内容包括:1.基于Tikhonov分布相位噪声模型,结合第一类贝塞尔函数性质推导了该模型概率密度函数的傅里叶级数表达式。在不同的相位噪声偏差下,分析对比了 Tikhonov相位噪声概率密度函数曲线与高斯分布概率密度函数曲线的特性。2.依据Born扰动理论,重点研究了Malaga大气湍流信道,给出了采用Malaga大气湍流概率密度函数表征Rice-Nakagami、Lognormal分布、双Gamma分布和K分布湍流信道时的参数设置,仿真对比了 Malaga大气湍流信道从K分布过渡到双Gamma分布时光强概率密度函数的变化曲线。3.结合傅里叶级数及MeijerG函数性质,获得Malaga湍流模型瞬时信噪比的概率密度函数,在Malaga湍流信道下推导了无线光副载波调制系统接收信号相位的傅里叶级数以及相位噪声影响下多进制相移键控(Multi-ary phase shift keying,MPSK)调制系统误符号率渐近表达式,分析了在不同调制阶数和光强起伏方差下相位噪声对系统误符号率的影响。推导了Tikhonov分布相位噪声模型的截断误差表达式,以及无线光副载波MPSK调制系统误符号率的截断误差表达式,分析了截断项数对无线光副载波调制系统误符号率的影响。4.研究了基于卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波的副载波正交相移键控(Quadrature phase shift keying,QPSK)调制系统相位噪声估计和补偿技术。在Lognormal大气湍流信道下,给出了接收端卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波对相位噪声估计和补偿的算法流程。通过仿对采用两种滤波算法进行相位估计和补偿后的系统性能进行了对比分析。研究结果表明:当相位噪声较小时,无线光副载波MPSK调制系统误符号率随着光强起伏方差增大而增大,相位噪声较大时,误符号率平层的出现受调制阶数的影响大于受湍流强度的影响,且随着调制阶数的升高,平层出现时所对应的平均电信噪比越低。最后,在湍流信道下使用卡尔曼和扩展卡尔曼滤波算法均能使受相位噪声影响而偏移的QPSK星座图中的相位点回到它们原本所处的判决区域内,补偿相位噪声带来的影响。


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