引用本文:

秦蕴仪,谢孟桐,徐智勇,等. 基于艾里光的自由空间光通信系统性能分析[J]. 光通信技术,2022,46(4):46-50.

基于艾里光的自由空间光通信系统性能分析

秦蕴仪1,谢孟桐2,徐智勇1,汪井源1*,李建华1,赵继勇1,戚艾林1

(1.陆军工程大学 通信工程学院,南京 210001;2.中国人民解放军 31121部队)

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摘要:为进一步分析艾里光在光通信中的可行性,以艾里光为载波,研究了弱湍流下基于对数正态分布湍流信道模型的自由空间光(FSO)通信系统的平均误码率、中断概率及平均信道容量,与相同湍流条件和传输距离下以高斯光为载波的FSO通信系统性能进行了对比,同时讨论了艾里光自身的光束宽度、指数截断因子及传输距离对系统性能的影响。仿真结果表明,在湍流条件及传输距离相同时,基于艾里光的FSO通信系统的性能明显优于基于高斯光的FSO通信系统性能,且随着平均信噪比的增加,以艾里光为载波的链路性能优势体现更为显著。

关键词:艾里光束;自由空间光通信;弱湍流;对数正态分布;性能分析

中图分类号:TN256 文献标志码:文章编号:1002-5561(2022)04-0046-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.04.008

0 引言

  自由空间光(FSO)通信是一种以激光束为信息载体,在大气信道中进行点对点传输的无线通信技术,FSO结合了微波通信和光纤通信的优点,如容量大、建网速度快、无须获得频谱许可和安全性高等,因此受到了广泛的关注[1]。但是,激光束在大气信道中传播,受大气湍流的影响严重,极易产生光强闪烁、光束扩展等现象,造成信号严重衰落、误码率增加。其中,光强闪烁对系统性能的影响尤为显著[2]。因此,如何更加有效地减轻大气湍流对FSO通信系统的影响一直是一个亟待解决的问题。当前,FSO通信系统通常都是基于高斯光传输信息,然而高斯光受大气湍流及衍射现象的影响较大[3],若从改变系统光源的角度出发,使用比高斯光传输特性更稳健的无衍射艾里光,或许能为解决大气湍流问题提供一种有效手段。

  艾里光是一种新型的无衍射光,包含抗衍射性、自重建性以及横向自加速性等与众不同的光学特性[4-6]。研究发现,在光源能量与接收器的接收能量相同时,与高斯光相比,艾里光在湍流环境中的抗干扰能力更强、光强闪烁更小,其良好的光学特性在光通信领域拥有广泛的应用前景[7]。目前,针对艾里光的研究主要集中在生成方法、加速轨迹控制、阵列合成自聚焦及大气传输特性等方面,在光通信中的应用研究较少[8-9]。因此,本文对基于艾里光的自由空间光通信系统的性能进行分析。

4 结束语

  本文基于对数正态分布湍流信道模型,讨论分析了弱湍流环境下以艾里光为信息载波的FSO通信系统的平均误码率、平均信道容量及中断概率。仿真结果表明:在湍流条件及传输距离相同时,基于艾里光的FSO通信系统的性能均大大优于基于高斯光的FSO通信系统性能,且随着平均信噪比的增加,以艾里光为载波的链路性能优势体现更显著。此外,关于艾里光自身参数对系统性能影响的分析,也可为未来艾里光在光通信中的应用提供一定的参考。本文选取了对数正态分布湍流信道模型进行讨论,下一步工作将进一步研究艾里光在其它湍流信道模型下的通信性能,以深入分析艾里光在FSO通信系统中的可行性。