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大气湍流下自由空间光通信系统的容量分析

DOI：10.1007/s11082-020-2200-6 期刊：Optical and Quantum Electronics 出版年份：2020 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 本文推导了弱湍流、中湍流和强湍流条件下自由空间光通信(FSO)系统的解析信道容量。弱湍流下FSO信道统计特性服从对数正态分布，中强湍流下则服从伽马-伽马分布。FSO通信系统常用的三种自适应传输方案为：(1)最优同步功率与速率自适应；(2)恒定发射功率下的最优速率自适应；(3)固定速率的截断信道反转。研究推导了无指向误差时不同大气湍流条件下这些自适应传输方案的平均遍历信道容量的闭式近似解。仿真结果表明所提出的解析模型与蒙特卡洛模拟具有极佳的一致性。
作者： Kanchan Sharma，Surender K. Grewal
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研究概述 实验方案

研究目的

研究弱湍流、中湍流和强湍流条件下自由空间光通信(FSO)系统的解析信道容量。

研究成果

该论文研究了弱、中、强大气湍流条件下采用ORA、OPRA和TCIFR自适应传输方案的FSO通信系统遍历信道容量。针对弱湍流条件下的对数正态信道，推导了每种自适应传输方案下FSO遍历信道容量的简易、数学可处理且精确的点估计闭式表达式；同时针对中强湍流条件下的Gamma-Gamma信道，也推导了ORA、OPRA和TCIFR自适应传输方案的FSO通信系统遍历信道容量解析闭式表达式。所提出的闭式表达式因求和运算次数较少而具有数值计算高效性。通过针对宽范围信道信噪比和C2n参数进行蒙特卡洛仿真，验证了所得结果的准确性。论文最终的大量数值结果清晰展示了大气湍流对FSO通信系统遍历信道容量的影响。

研究不足

该研究聚焦于理论模型与仿真，未考虑实际实施挑战或物理实验。分析仅限于无指向误差条件下的大气湍流环境中的自由空间光通信系统。

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