相干光通信若干关键技术及研究.pdf

华中科技大学
硕士学位论文
相干光通信若干关键技术的研究
姓名:王修阁
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:汪小燕;董燕
20080602
华中科技大学硕士学位论文

摘要
卫星激光通信按照接收方式可以分为相干光通信和非相干光通信。早期的卫星激
光通信系统采用非相干通信方式达到了中低速通信的要求,但系统的发射功率和接
收机的灵敏度限制了通信速率的进一步提高。而相干光通信在长距离、高速率通信
方面具有很大的优势,成为未来激光通信的主要手段。
相干光通信系统还有许多关键技术需要解决,例如,由通信终端的相对快速移动
引起的多普勒频移使载波同步受到影响;激光器的相位噪声引起激光器频率不稳定
加大了解调难度;大气湍流的影响使通信链路的中断概率加大。本文针对这些问题
研究了相应的解决对策:多普勒频移补偿算法,相位噪声抑制算法,多光束技术等。
本文选择 BPSK 作为相干光通信的调制方式并对其误码率进行了仿真。针对多普
勒频移的影响,提出了基于 FFT 及 VV 相结合的方法并研究了基于最小二乘的多普
勒频移估计算法。对于相位噪声的影响,采用改进的 LMS 算法对其进行抑制。针对
由于大气湍流引起通信链路中断概率加大的问题,本文引入了多光束技术,采用分
集接收中的等增益合并和最佳合并接收算法,有效地减小了链路的中断概率。
在对相干光通信中关键技术进行理论分析的基础上,本文使用 Matlab 对各个算
法分别进行了仿真。从仿真结果来看,本文所给出的算法,有效地解决了上述问题,
达到了改善系统性能的目的,为相干光通信系统的设计提供了参考依据。

关键字:相干光通信信道编码多普勒频移补偿相位噪声多光束技术


I
华中科技大学硕士学位论文

Abstract
According to the difference of coherent receivers, satellite munication sys-
tems can be divided to coherent and non-coherent munications. Early satellite
munication systems have adopted non-coherent munication systems
that satisfy a low-bit-munication request, but the power of transmitter and sensi-
tivity of receiver limit munication rate. While coherent munication
system has great advantages in the long-distance, high-munications and e
the major means of satellite munications.
Coherent munication system has many key technologies to be resolved,
such as Doppler frequency shift caused by the relatively rapid movement munica-
tion terminals makes carrier synchronization worse. The phase noise of laser makes it dif-
ficult for receiver to demodulate the signal. Atmospheric turbulence causes the outage
probability increase. In this thesis, we have proposed some algorithms corresponding to
these issues: Doppler frequency pensation algorithm, phase noise reduction algo-
rithm, multi-beam technology.
This thesis chooses BPSK as the modulation of the coherent munication
and simulates its bit error rate. Against the impact of Doppler frequency shift, This thesis
pr