****大学 文献综述
无线光通信中的空时编码研究进展
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摘要：对无线光通信中的时空编码的研究概况及研究进展进行了调查研究，介绍了正交空时码、空时网格码、酉空时码、差分空时码、混合空时码五种时空编码方式在不同发射天线／接收天线数目、大气湍流强度与系统误码率之间的关系，分析比较了级联正交空时编码、级联分层空时码、TPC+OSTBC级联空时编码三种级联空时编码方式的原理及优缺点，介绍了大气湍流效应和建筑物摆动对无线光通信的影响。
关键词：无线光通信； 空时编码； 进展； 级联空时码
一．课题的提出与研究的意义
无线光通信是以大气作为传输介质，所以受到气候环境方面的影响是巨大的，尤其是大气湍流效应导致在传输过程中产生严重的误码，导致信息传输质量下降，而空时编码方式对抑制大气湍流效应有着非常有效地效果，对改善系统的误码性能，提高信息传输速率有着显著的作用。因此，无线光通信技术作为未来信息传递发展的主要方向，作为现在最主要的“最后一千米”技术，无论是在理论和应用上都有深刻的研究意义。 二．本课题国内外的研究现状分析
文献[1]，柯熙政等人介绍了空时编码的研究概况，评述了国内、国外有关无线光MIMO技术的研究进展,对无线光MIMO的提出背景进行了详细分析，最后通过多光束发射系统组成及实验和多孔径接收系统构成及相关实验，得出结论：多光束发射系统和多孔径接收系统要比单光束发射、单孔径接收系统更能有效地抑制湍流效应给激光传输带来的影响。说明了MIMO对大气湍流的抑制效应。实验结果表明:无线光MIMO不但使空间成为一种资源,提高了无线光通信的信道容量,而且可以抑制大气湍流效应,扩大了无线光通信的应用场合。
文献[2]，柯熙政等人在分层空时编码方面的做了若干研究并介绍了其研究进展。对无线光通信中的分层空时编码进行了仿真分析，分析了误码率特性与发射／接收天线数目、检测算法之间的关系，比较了水平分层空时码、螺旋分层空时码、对角分层空时码和垂直分层空时码不同的编码方案，以及不同检测算法对
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不同的湍流强度的抑制作用。经分析得出：三种分层空时编码性能最好的是对角分层空时编码，其次是螺旋分层空时编码，最后是水平分层空时编码。
文献[3]，柯熙政等人对差分空时码进行了研究，为了在保证通信质量的前提下进一步提高信息传输速率，在正交空时码、空时网格码、酉空时码、差分空时码、混合空时码五种空时编码分别进行了研究。采用类脉冲位置调制定义了负数、共轭、求补等运算，将编码矩阵转化为一个用脉冲位置表示的实数矩阵。分析了不同发射天线/接收天线数目、大气湍流强度与系统误码率之间的关系。讨论了差分空时码、酉空时码在不同大气湍流条件下的误码率特性；将分层空时码和空时分组码相结合进行合理的折中，提出了一种适合于IM/DD式光通信的混合空时编码方案。
文献[4]，柯熙政等人介绍了RS码、LDPC码与空时码的级联方案，以及在不同大气湍流条件下的误码率特性，并对其进行了仿真分析。结果表明：级联空时码可以极大地改善大气激光通信系统的性能，抑制大气湍流效应，有利于获得编码增益，进一步改善系统的误码性能。级联编码是一种提高系统纠错能力以逼近香农限的高效编码方式。当信道编码与空时编码结合使用时性能会大大提升，因此级联空时码研究成为空时编码研究的重要方向之一。
文献[5]，徐建武等人在正交空时分组码（OSTBC）基础上，分析了Turbo乘积码（TPC）和OSTBC级联方案的可行性，提出了一种采用TPC+ OSTBC级联的空时编译码方案，分别仿真分析了不同TPC分量码、不同接收天线数目下系统的差错性能，并对采用OSTBC和TPC+ OSTBC级联方法系统的差错性能进行了对比分析。仿真结果表明:该级联空时编码方法可同时获得全分集和全速率，且差错性能明显优于只采用OSTBC。
文献[6]，Shlomi Arnon介绍了无线光通信系统被认为是“最后一千米”技术但是由于动态风荷载，热膨胀，和地震等造成的建筑物摇晃和大气湍流效应的影响。造成发射器和接收器之间的对准发生扭曲，从而导致指向误差，结果接收到的是衰落信号。 三．空时编码 3.1正交空时编码
BCOSTBC：将空时编码和调制技术相结合，利用二进制比特元之间的关系
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（即二进制码元“0”和“1”的补码关系）构造了在O-PPM 调制之前首先进行比特求补的一种编码方法。
1. 在系统总功率不变、信道参数已知的情况下，利用Monte Carlo方法对1×1、1×2、2×l和2×2系统的误码性能进行仿真。仿真参数为：光电转化效率η=0.5，总发射功率R=1。
（1）当闪烁因子SI=0.6时4-PPM 调制的BCOSTBC码误字率，仿真后得出采（2）用BCOSTBC编码后，系统的误码性能明显优于1×1系统的误码性能。当SI=1.0时不同调制方式下BCOSTBC码的误字率。仿真后可以看出：在不同的调制方式下，随着信噪比的增加，系统的误字率逐渐减小，而且在同一种系统中，系统的误字率随着Q数量的增加而减小。
2. 利用Monte Carlo方法对1×l、l×2、2×l和2×2系统的误码性能进行仿真。在系统总功率不变的情况下。仿真参数为：SI=0.6，λ=l 550nm，η=0.5，Q=4。 （1）当无背景辐射、无衰落时，仿真后可以看出：增加探测器的数量相当于增大了接收孔径，有利于改善系统性能。但在总功率不变的情况下．增加激光器的数目后系统的误码性能并未得到改善。
（2）当无背景辐射、有衰落时，仿真后可以看出：当激光器数目不变时，增加探测器的数目有利于系统误码性能的改善。当激光器数目变化时，随着激光器数目的增加，系统的误码性能并未得到改善。 3.2 空时网格编码
1. 在2根发射天线下采用不同接收天线数时误码率随着信噪比的变化情况。 仿真了不同接收天线和不同闪烁因子下的误码率曲线。可以看出，随着接收天线数的增加，误码率性能得到明显改善；同时在相同噪声情况下采用STTC 4-PPM系统能够取得比4-PPM调制更好的误码率性能； 在SI=0.9、SNR=20dB时，2×4系统比2×3系统的误码率高出一个数量级。
2. 在3根发射天线下采用不同接收天线数目时随着信噪比变化对误码率影响。 仿真后可以看出3天线系统也具有和2天线相同的优点。误码率随着发射天线数目的增加而减小。 3.3 差分空时编码
利用Monte-Carlo方法分别对2×l，2×2，2×3，4×l。4×2，4×3，4×4系统的