多脉冲位置调制星间激光通信系统误符号率研究

"该文分析了多脉冲位置调制星间激光通信系统在瞄准误差影响下的性能，探讨了在散粒噪声和热噪声极限下的误符号率，并提供了相关解析表达式。研究发现，瞄准误差的增加、发射功率的变化以及脉冲时隙数的调整都会显著影响系统性能。" 在星间激光通信领域，多脉冲位置调制（Multi-Pulse Position Modulation, MPPM）是一种常用的信号编码方式，它通过改变脉冲在时间序列中的位置来传递信息。然而，由于空间环境的复杂性，瞄准误差是这种通信系统面临的重要问题之一。瞄准误差主要指的是激光束在传输过程中因指向不准确导致的能量偏离接收端，这会直接影响到信息的正确解调和系统的误符号率（Average Symbol Error Rate, ASER）。 在散粒噪声极限下，文章给出了ASER的解析表达式。散粒噪声源于光子的随机分布，是高功率激光通信中的主要噪声源之一。解析表达式的得出有助于理解在特定噪声环境下系统性能的降低程度。 另一方面，在热噪声极限下，研究者给出了ASER的紧密上界解析表达式。热噪声主要来自于光接收器的电子元件，它会影响信号的检测精度。通过这个上界表达式，可以估计在最不利的热噪声条件下系统的性能表现。 数值仿真结果显示，瞄准误差的增大将显著降低系统性能。例如，随着抖动方差的增加，误符号率快速上升，这意味着通信质量会严重下降。此外，发射功率的选择也对系统性能有显著影响，不同束腰半径（即激光束在传播过程中的聚焦程度）下，系统的性能表现会有所差异。 同时，文中指出，保持单个符号内的脉冲数不变，增加时隙数可以提高系统性能。这是因为更多的时隙能提供更精确的脉冲定位，从而减少误解码的可能性。但是，这种方法的缺点是降低了带宽利用率，可能会限制系统的通信速率。 设计星间激光通信系统时，必须综合考虑瞄准误差、噪声环境、发射功率、束腰半径以及脉冲时隙数等因素。这些因素之间的权衡对于优化系统性能至关重要，确保在保证通信质量的同时，最大化地利用有限的资源。