[發明專利]湍流大氣信道中的激光脈沖傳輸時間展寬及信道傳遞函數測量方法

有效

• 申請號: 201310585108.7
• 申請日: 2013-11-16
• 公開（公告）號: CN103618568A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 陳純毅;楊華民;蔣振剛;李華;范靜濤;婁巖
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H04B10/07
• 分類號: H04B10/07
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無線激光通信技術領域，涉及一種湍流大氣信道中的激光脈沖傳輸時間展寬及信道傳遞函數測量方法。

背景技術

無線激光通信具有保密性好、部署機動靈活、無需頻帶申請等優點，近年來受到人們的普遍關注。當無線激光通信系統工作在地球大氣環境中時，地球大氣會造成激光脈沖在時間上出現展寬。對于使用強度調制/直接探測方式的無線激光通信系統，通信激光脈沖時間展寬會引起碼間串擾，造成通信系統性能降低。因此對實際湍流大氣信道中的激光脈沖時間展寬進行測量，以此為依據進而獲得湍流大氣信道傳遞函數，對大氣環境中的無線激光通信系統性能分析及優化設計具有重要意義。

發表在《App1ied?Optics》37卷33期7655-7660頁和SPIE會議論文集3266卷231-240頁的兩篇論文通過理論建模研究指出：窄帶高斯光脈沖信號經弱湍流大氣信道傳輸后，在近場和遠場條件下接收機收到的系綜平均光脈沖信號在時間上都保持高斯函數形狀，只是系綜平均光脈沖信號的時間寬度變得更寬，即發生了脈沖時間展寬。發表在《Optics?Express》20卷7期7749-7757頁的論文發現，窄帶高斯光脈沖信號經強湍流大氣信道傳輸后，接收機收到的系綜平均光脈沖信號在時間上也保持高斯函數形狀。對于實際無線激光通信系統來說，接收機收到的系綜平均光脈沖時間寬度與發射機發射的光脈沖時間寬度之比，能夠從統計上定量地描述光脈沖經湍流大氣信道傳輸后發生的時間展寬程度，是一個重要的物理量。對于高斯光脈沖來說，可以定義高斯光脈沖經湍流大氣信道傳輸后的系綜平均時間展寬比為接收機收到的高斯光脈沖系綜平均時間寬度與發射機發射的高斯光脈沖時間寬度之比。在數學上，發射機發射的光脈沖可表示為p_i(t)=v_i(t)exp(-iω₀t)，v_i(t)表示脈沖時間形狀，ω₀表示光載波角頻率，接收機收到的系綜平均光脈沖可表示為p_o(t)=v_o(t)exp(-i_ωt)，v_o(t)表示系綜平均脈沖時間形狀。從線性系統的角度，可得P_o(ω)=H(ω)P_i(ω)，P_o(ω)為p_o(t)的傅里葉變換，P_i(ω)為p_i(t)的傅里葉變換，H(ω)表示湍流大氣信道的傳遞函數。由于發射機發射的光脈沖的峰值和接收機收到的系綜平均光脈沖的峰值通常是不同的，因此H(ω)包含一個不依賴于角頻率ω的比例系數c_k。比例系數c_k只表征了光脈沖經湍流大氣信道傳輸所受的衰減情況，其受激光束散角、光束半徑、傳輸距離等多種因素影響。實際上，在分析光脈沖湍流大氣傳輸時間展寬以及脈沖形狀變化時，令比例系數c_k為1也不會影響分析結果。因此，在測量湍流大氣信道的傳遞函數時，可不測比例系數c_k。從前面的分析可知，只要知道湍流大氣信道的傳遞函數H(ω)和發射機發射的光脈沖信號p_i(t)，即可求出P_o(ω)，進而用逆傅里葉變換得到P_o(t)，在此基礎上就可分析湍流大氣信道對通信光脈沖傳輸產生的時間展寬和形狀變化影響。所以測量實際湍流大氣信道的傳遞函數非常有意義。由于高斯函數的傅里葉變換仍然是高斯函數，即v_o(t)=exp(-t²/b²)的傅里葉變換為因此使用高斯光脈沖傳輸能使湍流大氣信道傳遞函數的測量變得更容易。

發明內容