基于圓偏振移位鍵控調(diào)制的星地激光通信鏈路仿真研究.pdf

1、相對于微波通信，激光通信具有數(shù)據(jù)率高、容量大、終端體積小、重量輕、功耗低、抗電磁干擾和保密性好等優(yōu)點，因而星地激光通信是今后星地間大容量保密通信最具競爭力的可選方案之一。由于大氣因素，尤其是大氣湍流，造成了光束漂移、擴展和閃爍等現(xiàn)象，嚴重破壞了光束傳輸質(zhì)量，降低通信系統(tǒng)的可靠性。為此，諸如孔徑平滑、多孔徑發(fā)射、自適應光學、波長分集技術等方案被應用于降低湍流的影響，但這些方案在系統(tǒng)復雜性、成本等方面存在一些問題。因此，可靠性高、成本低的方

2、案成為迫切需求。
　　 光在大氣傳輸時，偏振態(tài)是最穩(wěn)定的特性之一。利用這個特性，國內(nèi)外學者以偏振態(tài)作為調(diào)制參數(shù)，進行了基于偏振移位鍵控調(diào)制的近地面自由空間光通信研究。本文以星地激光通信為背景，提出一種圓偏振移位鍵控(CirclePolarizationShifiKeying，CPo1SK)調(diào)制方案，并通過仿真手段分析星地激光通信CPo1SK調(diào)制的誤碼率優(yōu)勢。本文主要工作如下：
　　 首先，以圓偏振基模高斯光為通信光束模型

3、，分析它在湍流大氣傳輸時的偏振態(tài)退偏特性。在理論分析偏振態(tài)退偏時，結合Maxwell波動方程和vonKarman大氣折射率起伏功率譜密度函數(shù)，推導了偏振度的退偏均值計算公式，并分析了偏振角的退偏情況。最后，數(shù)值模擬了具體鏈路條件下偏振度的退偏均值與湍流因素的關系。
　　 其次，在偏振態(tài)退偏和線偏振移位鍵控調(diào)制技術的基礎上，提出一種CPo1SK調(diào)制方案。該調(diào)制是一種數(shù)字二進制調(diào)制，在發(fā)射端分別將信息“0”和“1”調(diào)制到左、右旋圓偏

4、振光上，在接收端檢測圓偏振光的斯托克斯矢量的參量S3，從而解調(diào)出所傳輸?shù)男畔?。誤碼率作為通信系統(tǒng)最重要的指標之一，文中結合實際星地激光通信必須考慮的各種損耗和湍流效應，推導了上、下行鏈路的誤碼率計算公式。
　　 最后，設計了基于VisualStdio2005平臺的CPo1SK調(diào)制誤碼率仿真系統(tǒng)。結合具體的鏈路條件，仿真分析了近地面折射率結構常數(shù)、地面風速、通信天頂角、湍流內(nèi)尺度、外尺度五個大氣湍流因素影響下CPo1SK調(diào)制的誤碼