● 摘要
自由空间光通信 (Free-space Optical Communication, 简称FSO)，是一种利用红外激光在大气之中直接传播来实现两点之间高速和安全通信的无线传输技术。相比传统的无线射频通信而言，FSO技术具有无需频率使用许可，安装快，保密性好，以及抗电磁干扰等特点。FSO可以用于建立密集城市中建筑与建筑之间的局域网通信、深空通信等，是解决宽带接入“最后一公里”问题的非常有潜力的通信技术。
然而，FSO系统的激光信号在大气中直接传播的过程中会因为与大气中各种粒子的相互作用而发生衰减以和衰退，导致系统的通信性能降。大气的存在的各种分子对激光的吸收和散射作用会使信号发生衰减，大气湍流引起的衰落会造成的接收器激光信号在强度和相位上的随机波动，因而，如何构建一个稳定的通信链路，特别是对于传输距离大于1Km的FSO系统而言，是一个很大的挑战。
协作通信，有时又被称作中继传输，是一种对抗信道衰落和干扰的有效技术。该技术将利用网络中从发送器到接收器的多个节点作为中继，利用节点之间的协作通信来获得额外的空间分集增益。协作通信最早被应用在射频领域要来扩大网络的覆盖范围，最近协作通信亦被引入到FSO通信系统中，作为一种对抗大气对激光信号的各种衰减作用、特别是大气湍流造成的信号衰落作用的十分有效的工具。
本文首先介绍了FSO技术的发展背景、基本原理、大气衰减信道的统计模型，然后研究了利用协作通信改善FSO系统通信链路稳定性和鲁棒性，导出了串行中继方式下的FSO协作通信系统在不同的大气湍流模型以及不同的中继协议下系统中断概率的理论计算表达式，然后利用导出的理论表达式进行了数值计算并与蒙特-卡洛仿真模拟的结果进行比较，两种结果的高度吻合不仅证明相关理论分析的正确性，而且证明了跟直接通信相比，协作通信在大气衰落信道下能够给FSO系统带来很大的性能增益。