针对自由空间光通信下大气湍流引起极化码译码中错误比特难以定位的问题,提出一种自由空间光通信下的LSTM-SCFlips译码方法。首先将极化码串行抵消(SC)译码的对数似然比(LLR)信息序列进行one-hot预编码处理,在不同训练步长下,分析与学习极化码对数似然比信息序列的特征,综合考虑神经预测模型的均方根误差和计算复杂度,选取合适的训练步长,在提升预测结果精确度的基础上,进一步消除预测结果过拟合的现象。通过长短时记忆(LSTM)神经网络模型定位SC译码的第一个错误位时,按错误概率大小排序,依次进行SC译码算法的单比特或多比特翻转。仿真结果表明,在不同的大气弱湍流强度下,自由空间光通信下的LSTM-SCFlips译码方法在以牺牲少量计算资源为前提的情况下能更好地识别最优翻转位,降低计算复杂度,同时获得更好的误码率性能。当误码率为10 ^-4时,LSTM-SCFlips译码方法最优翻转位的正确识别率被提高7个百分点,且产生了0.3 dB~1.2 dB的编码增益。

针对无线光通信中极化码构造复杂度高的问题,提出一种适用于大气弱湍流信道的具有更低编码复杂度的湍流偏序构造法。将通用偏序技术引入到大气弱湍流信道中,利用蒙特卡罗法仿真确定弱湍流下子信道的关系,并将其与极化权重公式相结合,推导出最佳的参数值。仿真结果表明,在不同大气湍流强度下,湍流偏序法在低码率下可获得与蒙特卡罗法相同的误码性能,且在高码率下仍具有近似于蒙特卡罗法的性能,在误码率为10 -4下只产生0.07 dB~0.2 dB的损耗,有利于提高系统的传输效率,为极化码与无线光通信的高效结合提供了解决方案。

研究了一种用于大气激光通信自适应调制编码技术中的模式选择阈值的选取算法。分析了大气弱湍流信道性能, 并对高斯信道中阈值选取算法进行修正, 提出了一种信噪比-湍流强度选择方法来确定阈值区域模式, 并给出了阈值选取方程。分析了湍流强度分别为0, 0.1, 0.2, 0.3时3种传输模式下自适应调制编码系统的误码率, 得到了最大误码率为10-4的条件下3种模式选择的信噪比与湍流强度阈值区域的对应关系。仿真结果表明, 所提方法可行且能够准确地进行模式选择。

为了克服大气湍流所造成的信道衰落效应, 分析了在弱湍流信道模型下基于强度检测脉冲位置调制方式的自由空间光通信空间(FSO)分集接收系统模型, 推导了无分集系统的误时隙率计算公式。然后以此作为参考, 在独立同分布的情况下, 采用数值仿真的方法, 分别对比分析了最大比合并(MRC)、等增益合并(EGC)和选择性合并(SC)的误时隙率性能。结果表明, 3种合并技术中, 误时隙率性能改善最优的是MRC, 其次是EGC, 而SC的改善性能最差, 但是SC实现相对容易。利用分集接收合并技术可以有效改善FSO系统的性能, 并且具有较好的抗大气信道衰落能力, 在无线光通信中将有一定的应用前景。

分析了在弱湍流信道模型下基于开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)方式的多输入多输出自由空间光 (MIMO-FSO) 通信系统模型。首先推导了各调制方式下单输入单输出(SISO)系统的误时隙率(SER)计算公式, 以此作为参考, 在独立同分布的条件下, 推导出MIMO-FSO系统的平均SER计算公式, 并用数值仿真的方法, 分析了它们的平均SER性能。仿真结果表明, 在弱湍流信道模型下, PPM可获得最好的SER性能, 采用MIMO方法能有效提高FSO系统的平均SER性能。

基于弱湍流的无线光通信系统信道模型,对开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调(DPPM)、数字脉冲间隔调制(DPIM)和双头脉冲间隔调制(DH-PIM)调制方式的符号结构、发射功率、传输带宽以及误包率进行了理论推导和对比分析。结果表明,PPM必须需要符号同步和时隙同步,而DPIM、DPPM、DH-PIM调制只要求时隙同步。OOK的平均发射功率最大,PPM的平均发射功率最小,DH-PIM比OOK小但是比DPIM和DPPM大,DPIM发射功率特性略优小于DPPM。当M=6时与OOK调制平均发射功率比较,PPM调制节约功率约15 dB,DPPM和DPIM调制节约功率约12 dB,当α=2时DH-DPIM调制节约功率约10 dB。OOK带宽需求最小,PPM带宽需求最大,DPIM的带宽特性略大于DPPM,DH-PIM带宽需求大于OOK但小于DPPM。当M=6时与OOK带宽比较,PPM带宽需求约为OOK的11倍,DPPM和DPIM的带宽需求约为OOK的6倍,当α=2时DH-DPIM带宽需求为OOK的3倍。在相同平均背景光子和相同平均光脉冲接收光子的条件下PPM、DPIM、DPPM、DH-PIM和OOK调制方式的误包率依次增大。