FSO中空时编码的关键技术研究及其实现

受到大气湍流及其当前电子器件速率的限制，使自由空间光通信的传输速率受限，且误码性能不理想。为此，本项目旨在研究自由空间光通信中的空时编码，为提高系统的传输速率，改善系统性能提供一种有效途径。主要研究内容是在单光束信道模型的基础上，针对PPM调制建立多光束传输的信道模型并研究其信道容量；针对PPM调制方式提出适合于无线光通信的空时分组码、垂直分层空时码、网格空时码和差分空时码等方案，并对其关键技术进行相关研究；最后建立空时编码的实验测试平台试，以便揭示多输入多输出（MIMO）系统的传输规律，为实现MIMO系统的优点而提供了一种有效方法。同时也为实现大容量、高性能的自由空间光通信奠定理论基础。

空时编码是人们为应对频率资源匮乏而提出的一种新的编码体制，首先在射频领域中获得应用。无线激光通信与射频通信有很大不同：前者采用平方律检测，传输和检测信号没有负值对构造正交的码字带来很大障碍；大气湍流的存在使理论上对通信信号的处理带来了很大困难。本课题以无线激光通信为切入点，系统地研究了无线激光通信中的各种空时编码，创造性地提出了相应的解决方案并通过硬件将其实现。主要研究成果有：1.通过理论分析和数值计算，研究了多光束发射/多孔径接收的误码率特性，并通过实验进行了验证。2.理论分析无线光MIMO系统的信道容量和中断概率，通过数值计算进行了验证。3.借鉴经典的Alamouti空时编码和改进的Alamouti空时编码，结合PPM调制技术提出一种适合于无线激光通信的空时编码方法。4.对分层空时码进行了深入研究，系统分析了几种分层空时码的误码率特性，比较并分析几种编码的适用条件。5.提出一种比特补码式正交空时编码方法，针对高斯信道模型推导出了其最大似然准则和误符号率公式，并通过仿真实验验证了其合理性。6.将空时分组编码和分层空时编码相结合，提出一种适合于强度调制/直接检测光通信的混合空时编码方案。该方案利用比特补码式正交空时编码来为最先译出的信息符号提供分集增益，通过保证第一层检测的准确度来提高系统的可靠性。7.提出无线光通信系统中的STTC方案，系统的误码率比未采用STTC的系统明显减小，并且不同收发天线数时，误码率也随收发天线数目的增加而减小。8.提出一种差分空时编码和酉空时编码方案应对大气湍流的影响，通过理论分析和数值计算验证了该编码方案的可行性。9.为了在不同信道情况下保持最优的空时编码，提出一种自适应空时编码方案，可在最大信道容量和通信可靠性之间进行合理的折衷。 .本课题系统研究了无线激光通信中的空时编码，讨论和分析了各种编码体制所适用的条件，为该技术的的应用奠定了理论基础和提供技术支撑。