[發明專利]受大氣湍流影響的光脈沖信號模擬生成方法

有效

• 申請號: 201410724611.0
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104486000A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 陳純毅;楊華民;任斌;蔣振剛;婁巖
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H04B10/508
• 分類號: H04B10/508
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于大氣信道無線光通信技術領域，涉及一種受大氣湍流影響的光脈沖信號模擬生成方法。

背景技術

目前，無線光通信被認為是解決無線通信頻帶日益擁擠問題的有效途徑之一。大氣湍流造成無線光通信信號強度出現隨機起伏，會嚴重降低通信系統的性能。為此，人們研究了大量的大氣湍流影響抑制方法，以減小大氣湍流對無線光通信系統的負面影響。例如，自適應閾值判決、信道編碼等技術就被用于改善受大氣湍流影響的無線光通信系統的性能。在實際工程中，需要通過通信試驗來驗證這些方法的有效性。在工程研究中，往往先在實驗室內測試光通信接收機的性能，取得較好的效果后，再開展野外試驗。為了在實驗室內準確地測量出受大氣湍流影響后的光通信接收機性能，應當模擬出大氣湍流對光通信信號的影響，并將該影響附加到光通信接收機的接收光信號中。當前，最常見的無線光通信調制和探測方式是強度調制/直接檢測。當使用PPM調制方式時，通信系統將以一系列光脈沖作為數據的載體；在實驗室內模擬大氣湍流對無線光通信系統的影響，實際上就是要模擬大氣湍流對這些光脈沖的影響。本發明公開一種受大氣湍流影響的光脈沖信號模擬生成方法，以在室內產生受大氣湍流影響的光通信脈沖信號，以此作為光通信接收機的輸入，從而為光通信接收機的室內性能測試提供支持。

受大氣湍流影響的光脈沖可以用數值模擬方法得到。光脈沖大氣湍流傳輸數值模擬可以基于多隨機相位屏方法，對光脈沖的頻譜函數進行采樣，先模擬各個光譜分量采樣的傳輸，再利用傅里葉變換得到光脈沖的離散時間域波形數據；發表在《Optics?Express》2014年22卷19期22285～22297頁的論文就采用了類似的方法。光脈沖的頻譜函數在理論上可根據發射平面上的光脈沖的時域形狀函數計算得到，另外也可以通過測量得到。為了得到隨時間連續變化的光脈沖序列大氣湍流傳輸數值模擬結果，應該使模擬相鄰光脈沖傳輸所使用的隨機相位屏之間具有一定的時間相關性，這可以通過隨時間連續平移長隨機相位屏來實現。發表在《Journal?of?the?Optical?Society?of?America?A》2013年30卷12期2455～2465頁的論文就給出了一種長隨機相位屏生成方法。

發明內容

本方法的目的在于提供一種受大氣湍流影響的光脈沖信號模擬生成方法，以便在實驗室內模擬生成受大氣湍流影響的光脈沖信號。

本方法的技術解決方案：首先根據使用PPM調制方式的光通信發射機的設計參數，確定不受大氣湍流影響的光脈沖的時域波形，如圖1所示，不受大氣湍流影響的光脈沖的時域波形用函數P(t)來描述，函數P(t)描述了光脈沖的光強幅度隨時間的變化；根據要發送的數據序列，計算用PPM調制方式調制后得到的光脈沖序列A001中的各個光脈沖的時間位置，如圖2所示，第i個光脈沖的時間位置為t_i，i＝1，2，3，…，NUM，NUM為光脈沖數目；使用光脈沖大氣湍流傳輸數值模擬程序分別模擬光脈沖序列A001中的各個光脈沖在大氣湍流中的傳輸，得到到達接收機的光脈沖的離散時域波形數據A002；將得到的所有光脈沖的離散時域波形數據A002保存到計算機磁盤文件A003中；根據計算機磁盤文件A003中的數據和光脈沖的時間位置t_i，如圖3所示，利用控制計算機合成受大氣湍流影響的光脈沖序列的離散時域波形數據A004，控制計算機將離散時域波形數據A004輸出到數模轉換模塊，經數模轉換模塊轉換后再輸出到電光強度調制器的調制信號輸入端口；激光器輸出的連續激光信號入射到電光強度調制器的光輸入端口，經電光強度調制器調制后，從電光強度調制器的光輸出端口輸出；電光強度調制器的光輸出端口輸出的信號就是模擬生成的受大氣湍流影響的用PPM調制方式調制后得到的光脈沖信號。

本方法的第一部分用數值模擬生成離散時域波形數據A002，具體步驟如下：

Step001：根據函數P(t)和光脈沖的載頻計算光脈沖的頻譜函數，對光脈沖的頻譜函數進行采樣，得到一系列脈沖光頻分量采樣B000；根據試驗地點的大氣折射率結構常數、大氣湍流內尺度、大氣湍流外尺度和傳輸距離參數，用計算機程序生成分布在傳輸路徑上不同位置處的一系列長隨機相位屏B001；

Step002：令j＝1；

Step003：對光脈沖序列A001中的第j個光脈沖B002，做如下操作：