引用本文:
李晓龙,蔡岳丰,闫宝罗,等. 湍流环境下组阵收发的深空激光通信系统性能[J]. 光通信技术,2020,44(10):20-23.
李晓龙1,蔡岳丰1,闫宝罗1,李昌瑾1,刘海锋1,2,林 炜1,2,刘 波1,2*,吴继旋3
(1.南开大学 现代光学研究所,天津 300350; 2.南方海洋科学与工程广东省实验室,广东 珠海 519000; 3.天津工业大学 电子与信息工程学院,天津300387)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为了探究大气湍流对深空激光通信的影响,从理论上讨论了Gamma-Gamma分布的大气信道模型和抑制大气湍流的手段。建立了基于组阵收发的深空激光通信系统模型,对不同湍流条件下的系统误码率进行仿真。仿真结果表明:在信噪比为20 dB时,弱湍流环境的下行链路通信误码率比强湍流低4个数量级;大气湍流强度增强时,系统的通信误码率增大;在同等湍流强度下,大气湍流对于上行链路通信性能的影响比下行链路更大。
关键词:深空环境;空间激光通信;大气湍流;组阵收发;误码率
中图分类号:TN929.12 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)10-0020-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.10.006
0 引言
目前,空间激光通信技术已经成功应用在星地、星际等多种激光链路中。为了开发宇宙资源、探索未知空间,把空间激光通信技术应用到深空探测领域是必然趋势[1-4]。深空激光通信的信号光穿过大气层,必然受到大气环境的影响,大气吸收、散射和湍流效应会衰减光强和扰乱相位,严重影响通信质量[5-6]。
近年来,许多研究机构围绕大气湍流对激光通信的影响开展了研究。文献[6]分别利用对数正态分布和Gamma-Gamma分布对信道进行建模,研究相位噪声对系统接收信噪比和误码率的影响。文献[7-8]分析了在不同大气湍流强度、脉冲幅度调制(PPM)阶数、抖动标准差和波束宽度条件下,误码率随发射功率变化的关系。文献[9]推导了单模激光通信系统在负指数分布的大气湍流下通信中断概率和误码率的表达式。文 献[10-11]介绍了克服大气湍流效应对高速率星地相干通信影响的方法及其原理;采用实验室内半实物模拟的方法,进行了光强闪烁方差及频谱、到达角起伏方差及频谱等测试。但是,目前涉及组阵收发模式下的深空激光通信系统的研究较少,对上、下行通信链路差异的分析以及大气湍流抑制手段的讨论更少。
为了进一步探究大气湍流对于深空激光通信的影响,本文从理论上讨论大气信道特性,仿真不同湍流条件下通信系统误码率的变化情况。
4 结束语
在深空激光通信中,大气湍流是引起接收光强起伏的主要因素。本文分析了Gamma-Gamma分布的大气湍流对于深空激光通信系统误码率的影响,分析结果表明:对于组阵收发的深空激光通信系统,在同等湍流强度下,大气湍流对于上行链路通信性能的影响比下行链路明显更大;大口径发射技术可以有效抑制大气湍流,提升通信质量。本文对于设计基于组阵收发的深空激光通信系统和提升通信质量具有一定的价值,为其应用于月地及深空测控奠定了基础。