0 引言

近年来，自由空间光（FSO）通信由于容量大、数据传输速率高、安全性高、无需频率许可和易于部署等优点受到了广泛关注。然而，大气温度、压强、高度的随机变化产生的大气湍流效应以及由发射机和接收机之间的欠对准引起的指向误差会对FSO系统的传输性能有不同程度的影响[1]。为了对抗大气湍流和指向误差对FSO通信链路性能的影响，多输入多输出（MIMO）技术被广泛应用在FSO系统中[2]。光空间调制（OSM）作为一种新型的光MIMO技术，由于每个符号周期仅激活一根天线，在有效避免传统光MIMO技术信道间干扰强和天线间同步难等问题的同时，还降低了链路成本和接收端信号检测的复杂度[3]。此外，OSM技术不仅采用传统数字调制星座（信号域）传递信息，而且通过天线索引（空间域）来承载信息，很大程度上提高了系统的传输速率和频谱效率。因此，高效的OSM技术对于FSO通信系统有效抵抗大气湍流效应、减小指向误差的影响具有重要意义。2015年，?魻ZBILGIN T等人[4]将空移键控与联合脉冲位置和幅度调制相结合，首次提出了FSO通信中的OSM方案。文献[5]利用脉冲位置调制，通过激活多个光学天线构建了光广义空间调制（OGSM）方案。该方案不仅提高了系统的频谱效率，还打破了光学天线数量必须为2的整数次幂的限制。2020年，王惠琴等人[6]将仅激活一根光学天线传输信息推广到激活多根甚至所有的光学天线，提出了一种光完全广义空间调制（OFGSM）方案，并使用联合界给出了系统在对数正态信道下的误码率表达式。同年，CELIK K等人[7]提出了光正交空间调制（OQSM）方案，通过将空间索引位扩展到同相和正交域，使空间域映射比特数变为OSM方案的2倍。在此基础上，2021年，BHOWAL A等人[8]研究了具有指向误差的Gamma-Gamma信道下的光改进型正交空间调制（OIQSM）方案，通过使用2组不同的光学天线在单个传输周期上额外发送一个调制符号提高了系统的频谱效率，同时推导出了最大似然（ML）检测下系统误码率的性能界。

然而，以上方案的误码性能分析只针对对数正态信道和Gamma-Gamma信道，不能全面反应所有大气湍流状态对FSO系统性能的影响。为了提高FSO通信系统的频谱效率，本文通过在同相和正交域激活多根光学天线传输不同的调制符号，提出一种FSO通信中的光广义正交空间调制（OGQSM）技术。

5 结束语

本文针对FSO通信中现有的OSM技术频谱效率受限、误码性能不理想等问题，提出了一种新型OGQSM技术。该技术在同相和正交域同时激活多根发射光学天线来发送调制信号的实部和虚部，增加了空间域映射比特数，从而提高了系统的频谱效率。此外，分别从空间域和信号域推导了OGQSM系统在具有指向误差和路径损耗的Malaga湍流信道下的理论ABER上界表达式，并仿真验证了理论推导的正确性。仿真结果表明：频谱效率相同时，相较于现有的OSM、OQSM和OGSM方案，OGQSM方案能够有效改善系统误码性能；大气湍流和指向误差会导致系统接收功率减弱，进而降低系统的可靠性；增加接收光学天线的数量会提高系统接收分集增益，有效降低大气湍流效应影响，使系统得到更好的误码性能。