自由空间光通信MIMO-OFDM系统在Gamma-Gamma湍流下的误比特率分析

"该文研究了自由空间光通信（FSO）中，使用相移键控正交频分复用（PSK-OFDM）调制的多输入多输出（MIMO）系统的性能，特别是在Gamma-Gamma大气湍流信道环境下的误比特率（BER）分析。通过Meijer G函数求解出BER的闭合形式表达式，结果显示，PSK-OFDM调制下的MIMO技术能有效降低FSO系统的误比特率，且随着大气湍流强度的增加，MIMO技术的抗误码性能提升更为显著。" 在自由空间光通信中，信号传输会受到多种因素的影响，其中包括大气湍流。大气湍流导致光束传播过程中发生随机折射和散射，严重影响光信号的稳定性和质量，从而增加误比特率。为了克服这一问题，研究人员引入了MIMO技术和PSK-OFDM调制方式。 MIMO技术是无线通信中的一种关键技术，它利用多个发射和接收天线来提高信道容量和传输可靠性。在FSO系统中，MIMO技术同样可以提升系统的抗干扰能力，通过空间分集和空间复用来实现性能的提升。具体来说，多个发射天线同时发送不同的信号，而接收端通过解码这些信号来恢复原始信息，从而增加了系统的并行传输能力和容错性。 PSK-OFDM调制是一种结合了相移键控（PSK）和正交频分复用（OFDM）的技术。PSK通过改变载波相位来传递信息，而OFDM则将宽带信号分解为多个正交子载波，每个子载波上进行PSK调制，这样可以有效地对抗多径效应和频率选择性衰落。在FSO环境中，OFDM的频率分割特性有助于减少大气湍流对单个子载波的影响，而PSK则提供了较高的调制效率和抗干扰能力。 在Gamma-Gamma大气湍流模型中，光信号的衰减和相位变化被描述为一个复杂的过程，该模型考虑了大气湍流的不同尺度和强度。通过Meijer G函数，可以精确地计算出在不同湍流条件下的误比特率，这为系统设计和优化提供了理论基础。 仿真结果证实，即使在强烈的湍流条件下，PSK-OFDM调制下的MIMO系统也能保持较低的误比特率，说明这种组合技术对于改善FSO通信系统的性能具有显著效果。随着大气湍流的加剧，MIMO技术的优势更加明显，因为更多的天线和子载波可以提供更强的纠错能力，从而降低误码率。 这项研究为FSO通信系统的性能优化提供了新的思路，尤其是在复杂的大气环境下，结合MIMO技术和PSK-OFDM调制的系统设计能有效提升通信的可靠性和效率，这对于远程、高速的无线光通信系统尤其重要。