利用超奈奎斯特传输技术可进一步提升现有大气光通信系统的传输速率,但是大气湍流的存在会严重影响系统的性能。针对这一问题,推导了Gamma-Gamma大气湍流信道中超奈奎斯特大气光通信系统的平均误码率和平均容量表达式。讨论了湍流强度、传输距离、加速因子等参数对系统性能的影响。蒙特卡罗仿真结果表明,超奈奎斯特传输技术可有效提高系统的平均容量,同时传输距离的增加和加速因子的减小对系统误码率及平均容量的影响较明显。在加速因子为0.75、信噪比为18 dB、弱湍流条件下,采用超奈奎斯特传输技术后系统的平均容量优于未引入该技术的系统的31%。

大气环境严重影响了自由空间光通信系统的性能。考虑到天气环境、大气湍流以及指向性误差等因素对激光通信的影响,建立了联合信道统计模型,并利用Meijer-G函数推导出基于开关键控调制的自由空间光通信系统的平均误码率、平均信道容量和中断概率等性能参数及其闭合表达式。在不同类型的M湍流、不同的归一化指向性误差以及能见度为5 km和20 km天气的联合信道条件下,对系统性能参数进行仿真与分析。结果表明:指向性误差越小,通信系统性能参数受湍流影响越大;指向性误差越大,越可能存在最佳光束发散角使得通信系统达到最佳性能。

在自由空间激光通信(FSO)系统中, 瞄准误差和大气湍流严重影响系统通信链路, 是链路性能恶化的两大主要因素。通过对联合信道的理论分析, 建立了信道模型, 并利用Meijer G函数推导出了直接探测系统和相干探测系统平均信道容量的表达式。通过在Matlab中的仿真结果可知, 在给定瞄准误差和大气湍流的条件下, 信号光的光束束散角并非越小越好, 而是存在最优束散角, 该束散角不仅可以保证系统性能良好, 而且使得发射系统功率取得最小值, 并且采用相干探测系统可以抑制大气湍流对系统的影响, 有效提高系统的性能。

部分相干光在湍流大气中传输时, 可以有效抑制湍流所引起的光强闪烁效应, 从而改善通信链路性能。针对Gamma-Gamma大气湍流信道模型和部分相干光的光束特性, 得到了采用OOK调制方式下部分相干光通信系统的平均误码率、中断概率和平均信道容量三个性能指标的解析表达式; 在此基础上, 分析了光束的空间相干长度和通信距离对通信链路的性能影响。计算结果表明, 在相同的大气湍流条件和传输距离下, 随着部分相干光的空间相干长度的减小, 系统的误码率和中断概率逐步降低, 在平均信噪比为30 dB时, 系统的误码率可以达到10-5, 中断概率低于10-6; 另外, 系统的平均信道容量会随着光束相干长度的减小而增加, 在信噪比等于12 dB时, 平均信道容量达到3.8 b/s·Hz-1。分析结果为部分相干光在湍流大气中实现可靠通信提供了理论依据。