强湍流环境下的多跳自由空间光通信性能与中断概率分析

"该文研究了在强湍流条件下多跳自由空间光通信(FSO)系统的性能。通过分析串行译码转发(DF)中继传输方式，考虑了大气湍流、接收机未对准偏差和路径损耗对FSO信道衰落的影响，建立了一个统计模型。文章在特定的天气和对准条件下去推导了串行DF中继传输的多跳FSO系统端到端中断概率的封闭形式解析表达式。数值结果显示，串行DF多跳传输是提升FSO性能的有效策略，推导的解析公式与仿真结果一致。" 在自由空间光通信中，大气湍流是导致信号衰落的主要因素之一，特别是在强湍流环境下，这会导致光束的随机漂移和强度变化。为了准确评估FSO系统的性能，研究者们通常会构建统计模型来描述这种现象。在本文中，除了大气湍流，作者还考虑了接收机的对准偏差，即指向误差，以及随着传播距离增加的路径损耗，这两者同样对FSO通信的稳定性造成影响。 串行译码转发(DF)中继技术是一种有效的中继策略，它在每个中继节点上先解码接收到的信息，然后重新编码并转发给下一个节点。这种方式可以逐跳地改善信号质量，尤其是在多跳FSO系统中，每个中继节点都可以纠正前一跳的错误，从而提高整体的通信性能。 在给定的天气条件（如雾、雨、雪等）和接收机对准误差的具体数值下，研究者推导出了串行DF中继传输的多跳FSO系统的端到端中断概率。中断概率是衡量FSO系统可靠性的关键指标，它定义为因信道质量恶化导致通信中断的概率。得到的解析表达式为评估系统性能提供了理论基础，使得设计者可以根据具体环境参数优化系统配置。 数值模拟结果显示，串行DF多跳传输能够显著降低中断概率，提高FSO通信的可用性和可靠性。这一发现对于实现长距离、高数据速率的FSO通信网络具有重要意义，特别是在传统无线电频率资源紧张或受到限制的场景下，FSO提供了一种有吸引力的替代方案。 该研究为理解并改善强湍流环境下的多跳FSO通信性能提供了理论工具，同时验证了串行DF中继策略的有效性。未来的工作可能包括进一步探讨不同湍流模型、更复杂的中继策略以及优化接收机设计，以增强FSO在恶劣环境中的应用潜力。