题目：闪烁效应对空间光通信的影响

 

空间光通信是指光束在传播时以大气为传输介质的一种通信方式，被广泛应用于通 信中，原因是空间光通信具有一系列其他通信方式无法比拟的优点，如信道容量大、高 带宽、功耗低等。然而，大气这种传输介质是随机变化的，光束通过大气进行传播时受 到大气湍流的影响，光波的光强发生随机起伏，导致光强闪烁效应，使通信系统接收到 的光强与实际光强有较大差距，系统的稳定性和可靠性难以保证。 本文在针对上述问题重点研究了闪烁效应对空间光通信的影响，首先在前人对不同 谱模型下光波闪烁指数研究的基础上，这里采用一种更接近实际情况的谱模型即广义的 大气谱，推导了强起伏区域以及中到强起伏区域下平面波和球面波的闪烁指数的表达式， 仿真了中到强起伏区域下平面波和球面波这两种波形的闪烁指数随传输距离、大气广义 指数、湍流内尺度以及湍流外尺度的变化关系，并分析了这些参数对闪烁指数的影响。 其次将推导的闪烁指数表达式代入通信系统参数中，仿真了平面波和球面波在不同传输 距离、湍流内尺度和外尺度情形下光强衰减概率随阈值参数的变化关系以及系统平均误 码率随信噪比的变化关系，并对其进行了详细的分析。 研究结果表明，不论平面波还是球面波，闪烁指数随着传输距离的增大先增大直至 到达到最大值，随后开始逐渐减小并趋于饱和， 即会出现一个凸起； 在传输距离较短时， 平面波闪烁指数大于球面波，传输距离较长时，情况恰好相反； 在弱起伏和聚焦区域下， 闪烁指数随广义指数均先增大后减小， 在饱和区域下， 闪烁指数随广义指数的增大而增 大； 在弱起伏区域下，闪烁指数随内尺度的增大先增大后减小，而在其他情况下，闪烁 指数随着内尺度的增加而增大，只是增大的速率有所不同；外尺度的大小在 1 ~ 50m 范 围内对闪烁指数有一定的影响，大于 50m 以后对闪烁指数无影响。 此外，将中到强起伏区域下的闪烁指数应用到光通信系统参数中发现， 无论平面波 还是球面波，光强衰减概率随阈值参数的增大而减小， 系统平均误码率 BER 随信噪比 的增加而减小； 弱起伏区域、饱和区域和聚焦区域下光强衰减概率值和误码率值依次增 大，而光强衰减概率随阈值参数下降速率和误码率随信噪比下降速率依次减小，这是由 于对应区域闪烁指数依次增大。 在弱起伏区域，光强衰减概率和误码率几乎不受外尺度 的影响，而内尺度对其影响较为明显；在聚焦区域，内外尺度对光强衰减概率和误码率 均有影响；在饱和区域，光强衰减概率不受湍流内外尺度的影响，而误码率受湍流内外
II 尺度影响较为明显； 相对平面波，内外尺度对球面波的影响更加明显；相对光强衰减概 率 ， 湍 流 内 外 尺 度 对 误 码 率 的 影 响 也 更 加 明 显 。 本 文 的 结 论 能 够 为 光 束 在 non-Kolmogorov 湍流中的通信中提供一定的理论指导。