[发明专利]基于部分相干光的智能反射面辅助FSO系统误码率计算方法

说明书

本发明公开了一种基于部分相干光的智能反射面辅助FSO系统误码率计算方法，采用单输入多输出结构和最大比值合并方法，建立适于基于部分相干光单输入多输出智能反射面辅助自由空间光通信系统的传输模型；推导路径损耗，分布大气湍流和瞄准误差联合作用下的智能反射面辅助FSO系统复合信道模型的概率密度函数；利用互补累计分布函数的近似，得到系统平均误码率的闭合表达式；分析不同参数对系统误码性能的影响。该方法相较于传统安装中继节点的解决方案不需要大量的硬件部署，更节能经济地解决了FSO链路非视距传输的问题，同时，相较于完全相干光束，部分相干光有效抑制了大气湍流和瞄准误差，改善了系统性能。

技术领域

本发明属于自由空间光通信技术领域，具体为一种在路径损耗，大气湍流和瞄准误差联合作用下，基于部分相干光和智能反射平面，采用单输入多输出结构和最大比值合并方法，对端到端平均误码率性能进行理论分析和仿真研究的智能反射面辅助FSO系统误码率计算方法。

背景技术

FSO(Free Space Optics,FSO)通信系统将要发送的信息加载到光的幅度，相位，频率等特征上，并将其发送到大气信道上进行传播。FSO通信系统因其带宽大、实现成本低、安全性好、无需频谱授权等优点，在蜂窝系统的回程/前端链路，灾难恢复的空中/无人机辅助无线应急通信，以及用于空间探索的光通信等领域受到了研究人员的广泛关注。但是，FSO通信系统在实际应用中通常面临路径损耗，大气湍流和瞄准误差等因素挑战。为了提高FSO通信系统性能，研究人员提出了孔径平均，空间分集，相干光通信等多种技术。

大气对自由空间无线光通信系统有三方面的影响：一是光波在大气中传输时，由于大气气体分子以及气溶胶微粒的吸收与散射会造成光能损失；二是大气折射率不均匀会引起大气湍流；三是因风荷载、冷热差或地面运动而产生的发射机，智能反射平面和接收机的摇摆可能会引起瞄准误差。

在大气湍流方面，研究人员已经提出多种光强随机衰落的概率密度函数的数学模型。其中，分布在弱湍到强湍情况下都能很好的拟合实验和仿真数据，同时，分布由最基础的函数构成，在数学很方便处理，易于得到其PDF和CDF的闭合表达式。在路径损耗方面，大气和智能反射面对光波的吸收散射效应可以用指数分布模型来模拟，并用反射效率表示智能反射面对光波的吸收散射效应，用与天气有关的衰减系数表示大气对光波的影响。在瞄准误差方面，采用了一种考虑发射节点，智能反射面和接收节点随机抖动的统计模型。

FSO系统对视距链路的要求严重限制了其适用性。在没有视距链路的情况下，部署一个到发射节点和接收节点都有视距链路的中继节点是一个可行的解决方案。然而，这样的中继节点必须配有部分或完整的FSO收发系统。例如，译码转发中继节点需要激光源、透镜、光探测器、跟踪系统和信号处理单元等设备，这大大增加了系统的复杂性和经济成本。为了避免这一缺点，可以采用可重构光学智能反射面来降低FSO系统的视距要求。智能反射面由无源元件组成，并且可以安装在现有的基础设施(例如建筑墙壁)上，既节能又经济。

目前的问题在于：基于部分相干光的单输入多输出智能反射面辅助FSO系统误码率的特性研究未见报道。因此，基于部分相干光，考虑到路径损耗，大气湍流和瞄准误差的影响，研究单输入多输出的智能反射面辅助FSO系统端到端平均误码特性是当前十分重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于考虑部分相干光，并结合路径损耗，分布大气湍流和瞄准误差的影响，采用单输入多输出结构和最大比值合并方法，计算智能反射面辅助FSO系统端到端平均误码率性能。其中，由于分布能够很好的模拟弱湍到强湍条件下的大气湍流且形式简单易于处理，因此本发明基于该信道模型，正确有效地计算出单输入多输出智能反射面辅助FSO系统端到端平均误码率的闭合解。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

基于部分相干光的智能反射面辅助FSO系统误码率计算方法，包括以下步骤：