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自由空间光(Free space optical,FSO)通信由于具有通信容量大、保密性高、抗干扰性强、频谱无需授权使用等优势而被广泛关注。在针对FSO通信的研究中,实现高传输速率、轻小型和低功耗的通信终端是相关学者们一直追求的目标,随着空间激光通信的发展,对能满足上述条件的空间光通信系统的需求越来越迫切。例如,微纳卫星或无人飞机通信要求通信系统一端搭载体积小、功耗低的通信终端。然而,由于激光发散角非常小,传统FSO通信系统的发射终端和接收终端都配备复杂的捕获跟踪系统,该装置非常昂贵,同时也增加了通信系统的重量、功耗和体积,这使传统系统无法应用于上述需要轻小型、低功耗的场合。为此,学者们将视角转向基于逆向调制(Modulating retro-reflector,MRR)的空间光通信。目前针对MRR FSO通信的研究主要分为两方面:逆向调制空间光通信可行性试验研究和对MRR FSO通信系统性能的研究。其中,对通信性能的研究又分为实验研究和理论研究。考虑到理论研究对实际系统设计和优化具有重要的指导意义,因此本论文将开展对MRR FSO通信系统性能的理论研究,主要从以下四方面开展工作。1.现有针对MRR FSO通信系统性能的研究主要在弱湍流条件下展开,但针对能适用于从弱到强大气湍流强度变化的通信系统的性能研究较少。考虑对这一系统的性能分析对实际系统参数的设计和优化具有重要的指导意义,因此,本文将分析弱到强大气湍流条件下的MRR FSO通信系统性能。为了进行上述分析,首先建立了MRR FSO通信系统的系统和信道模型。为了描述弱到强的湍流,采用了Gamma-Gamma分布来描述前向和后向链路湍流衰减的概率分布,同时,在分析中假设前向和后向链路互不相关。能否得到MRR通信链路概率密度函数是进行该通信性能分析的基础和关键。我们首先推导出了前向和后向链路不相关条件下概率密度函数的解析表达式,然后采用此表达式分别得到了系统的平均中断概率、平均误码率和平均信道容量表达式,使用Monte Carlo结果验证上述公式的正确性,并基于这些表达式开展了系统性能分析。本论文推导得出的这些公式是进行不相关前向和后向链路条件下MRR FSO通信系统性能分析的依据,所做的系统性能分析对实际系统的设计和完善具有指导意义。2.对上述通信系统性能的研究并没有考虑前向和后向链路的相关性,而在很多实际应用中,前向和后向链路之间的湍流衰减有可能相关。因此,我们有必要在考虑前向和后向链路湍流衰减相关性的前提下,分析弱到强大气湍流条件下的MRR FSO通信系统的性能。本论文针对这一问题进行了深入的研究。首先,我们在信道模型中假设前向和后向链路相关并且服从Gamma-Gamma分布的条件下,给出MRR FSO通信系统的系统和信道模型。基于所给出的系统和信道模型,分别在前向和后向链路参数相同和不相同两种情况下,我们推导出前向和后向链路相关条件下MRR链路概率密度函数的解析表达式。利用所得到的概率密度函数表达式,在上述两种链路参数情况下,我们分别推导出了系统的平均中断概率、平均误码率和平均信道容量表达式,使用Monte Carlo结果验证上述公式的正确性,并基于这些表达式开展了系统的性能分析。所得到的公式是进行相关前向和后向链路条件下MRR FSO通信系统性能分析的依据,对实际系统设计具有理论指导意义。3.前面的性能分析工作是在已知瞬时信道状态信息的条件下进行的,现有的国内外相关工作也都是在此条件下开展的。因为,在此条件下获得的误码率最低,可作为衡量实际系统性能优劣的基础标准。因此,上述的系统性能分析具有实际参考意义。然而,在实际光通信中,我们很难获得瞬时信道状态信息。为了使系统能在未知瞬时信道状态信息的条件下完成数据传输,本文设计了一种基于差分探测的MRR FSO系统,并对此系统进行了性能分析。我们首先给出了系统和信道模型,然后在考虑消光比影响的条件下,推导出基于差分探测方式的瞬时误码率表达式。以此为基础,我们在Lognormal和Gamma-Gamma两种湍流衰减模型下开展了该系统的误码率性能研究。利用Lognormal模型分析弱湍流影响下的系统性能,差分探测方式需要两条MRR通信链路。首先,我们在两MRR通信链路湍流衰减不相关或部分相关、完全相关两种情况下推导出了MRR通信链路湍流衰减的联合概率密度函数,根据所推导出的瞬时误码率,我们得到了上述两种情况下系统的平均误码率表达式,使用Monte Carlo结果验证获得公式的正确性,并根据上述表达式展开了系统的性能分析。Gamma-Gamma湍流模型可以将上述分析延伸到对弱到强湍流干扰下的光通信系统的性能分析中。在此分析中,我们不考虑消光比的影响。首先,论文给出了此条件下的系统瞬时误码率表达式,并基于此,在考虑两通信链路衰减相关性的条件下,给出了系统的平均误码率表达式。使用Monte Carlo结果验证获得公式的正确性,并根据得到的表达式,分析了系统的误码率性能。4.对上述的基于差分探测的MRR FSO通信系统的性能研究虽然具有无需信道先验信息的优势,但是该系统的设备复杂性较高。针对该问题,本文提出一种改进方案—基于自适应判决门限的MRR FSO通信系统。该系统能在设备复杂度较低且不需要信道先验信息的条件下完成数据传输。为了分析此系统的性能,我们首先给出了系统和信道模型,接着给出和推导了最优自适应判决门限的构造方法,并基于此,我们推导出了系统瞬时误码率表达式。然后,我们结合第1部分和2部分的研究得出的概率密度函数,在前向和后向链路不相关、相关且参数相同、相关且参数不相同三种条件下,得到了基于自适应判决门限的系统平均误码率表达式。在上述条件下,使用Monte Carlo结果验证获得公式的正确性,并给出了系统的误码率性能分析,通过分析发现,自适应判决门限的系统误码率与基于瞬时信道状态信息(最优判决门限)构造判决门限的系统误码率性能接近,后者仅优于前者1.3dB。