李小禹,汤 璇,林邦姜,谢宇芳,骆加彬,戴玲凤,康 莉

(中国科学院海西研究院 泉州装备制造研究所,福建 泉州 362000)

1 引 言

在近地无线通信系统中,自由空间光(Free Space Optical,FSO)通信技术作为一种高效,安全的新技术,在学术界引起了广泛的关注。相比于传统的射频(Radio Frequency,RF)通信,FSO可以提供更高的速率和带宽,且易于部署,传输安全,功耗低,抗电磁干扰和免电磁辐射等[1-4],适用于解决最后一公里问题。

在本文的应用场景中,FSO传输端通过中继节点与 RF用户进行双向数据通信。FSO信号容易受到雾,沙尘等天气条件的影响,即使在晴朗天气条件下,也易受到大气湍流的影响。RF链路几乎不受湍流信道的影响[5],FSO链路的可靠性也受到指向误差限制[6]。因此,本文主要考虑大气湍流和指向误差对RF/FSO中继传输系统的性能影响。

中继协作方式主要有放大转发(Amplify and Forward,AF)和解码转发(Decode and Forward,DF)两种[7],其中AF复杂度较低,仅在节点处对信号进行适当的放大后发送到下一个节点。DF可以消除信号中携带的噪声,避免噪声积累而引起的信号失真。在双向中继传输中,为了消除前一阶段信号噪声的影响,及降低系统整体的复杂度,系统大多采用DF解码转发的方式[8]。FSO湍流信道模型主要包含lognormal模型,K模型,Gamma-Gamma模型等。lognormal模型用来描述弱湍流条件下衰落信道,K模型用于模拟强湍流条件,而Gamma-Gamma模型用于模拟从弱到强的大气湍流环境[9-10]。

本文研究基于DF技术的RF/FSO中继传输系统,RF链路采用Nakagami-m衰落信道模型,FSO链路采用Gamma-Gamma湍流信道模型。同时,系统设计利用能量采集技术,用于解决由于传输设备尺寸和复杂度造成的能量存储空间不足问题。……