一种高精确度无线光通信链路的实现方法技术

本发明专利技术公开了一种高精确度无线光通信链路的实现方法，其中，该方法包括：采用蒙特卡洛方法生成大气湍流相位屏；基于相位屏计算屏内任意两个取样点的空间欧氏距离以及这两点处的相位差平方，对空间距离和相位差平方数据点对进行曲线拟合；将拟合曲线与大气光链路的相位结构函数理论公式进行对比验证，从而获取高精确度的无线光通信链路。

【技术实现步骤摘要】
一种高精确度无线光通信链路的实现方法
本专利技术属于光通信领域，特别涉及一种高精确度无线光通信链路的实现方法。
技术介绍
与传统无线通信相比，无线光通信拥有大量优势：更大的天线增益，从而拥有更小的终端尺寸、重量和能耗；频谱不受管制，无需授权；激光束在大气信道中发散角极小，具有极佳的抗干扰和反窃听能力；无线光通信还可实现无条件安全的量子密钥分发。然而，大气信道的随机扰动对无线光通信构成了极大的挑战。由于温差、湿度梯度、风等的影响，在大气信道中形成湍流效应。大气湍流导致大气折射率发生微扰，当光信号在大气信道中传输时，其波前相位产生畸变，经过一段传输距离的累积，相位畸变可严重影响无线光通信的性能，尤其是对采用多进制调制格式的无线光通信系统，更会显著增加系统的误码率。因此，实现高精确度的无线光通信链路能够对系统性能评估和优化设计提供重要的技术指导。现有技术和方法采用蒙特卡洛方法生成大气湍流引起的光信号相位畸变矩阵，将此矩阵（以下称大气湍流相位屏）直接视为无线光通信链路。蒙特卡洛相位屏方法将大气湍流引起的相位畸变表示为一个计算机随机取样点阵列，这些随机点根据大气光链路的相位功率谱密度函数和快速傅里叶变换/逆变换生成。显然，在蒙特卡洛相位屏方法实际执行过程中，由于计算机的伪随机数和随机取样受限，使得生成的大气湍流相位屏与实际的大气信道不符，不能精确反映无线光通信链路，然而现有技术和方法都忽略了这一重要问题。综上所述，蒙特卡洛方法生成的大气湍流相位屏不能精确反映实际大气信道中光信号的波前相位畸变，存在误差，需要对其开展对比验证，以实现与实际相符的高精确度无线光通信链路。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在解决上述的技术问题。为此，本专利技术提出一种蒙特卡洛大气湍流相位屏对比验证方法，从而实现与实际相符的高精确度无线光通信链路。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高精确度无线光通信链路的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采用蒙特卡洛方法生成大气湍流相位屏：基于生成的蒙特卡洛大气湍流相位屏，进行相位结构函数曲线拟合；所述的大气湍流相位屏指的是：将无线信道中大气湍流引起的相位畸变表示为傅里叶级数和，根据中心极限定理和帕萨法定理，采用蒙特卡洛方法数值计算各项傅里叶级数的权重系数，再采用快速傅里叶逆变换生成大气湍流相位屏；将拟合曲线与大气光链路的相位结构函数理论公式进行对比验证，从而实现与实际相符的高精确度无线光通信链路；主要是将拟合曲线与大气光链路的相位结构函数理论公式进行对比验证，计算相对误差其中分别表示空间相距ri时大气光链路相位结构函数的理论公式计算值和拟合函数值。本专利技术将空间距离向量元素按升序排列，与空间距离相对应的相位差平方向量元素做相应的顺序调制。同时将空间距离最小值与最大值所涵盖的区间n等分，统计落在每个子区间内的空间距离矢量元素及其对应的相位差平方矢量元素。取每个子区间的中点，计算每个子区间内的相位差平方矢量元素的平均值。利用获得的n对空间距离和相位差平方数据点对进行相位结构函数曲线拟合。通过循环生成大气湍流相位屏，将拟合曲线与相位结构函数理论公式进行对比验证，直至相对误差T低于阈值为止，从而实现高精确度的无线光通信链路。本专利技术的方式还包括：实现方法的算法，用于输出与实际情况相符的高精确度无线光通信链路。本专利技术进一步公开了高精确度无线光通信链路的实现方法在用于提供与实际相符的无线光通信链路方面的应用。实验结果显示传统的蒙特卡洛相位屏方法无法反映实际的无线光通信链路，本专利技术提出的方法通过与理论公式相比较，可以实现与实际相符的无线光通信链路。本专利技术更加详细的描述如下：本专利技术采用蒙特卡洛方法生成大气湍流引起的相位畸变矩阵，基于该大气湍流相位屏，计算屏内任意两个取样点的欧氏空间距离以及这两点处的相位差平方。再利用空间距离和相位差平方数据点对进行曲线拟合。最后将拟合曲线和大气光链路的相位结构函数理论公式进行对比验证，从而实现高精确度无线光通信链路。具体操作包括：利用快速傅里叶变换/逆变换、蒙特卡洛随机取样方法生成大气湍流相位屏。计算机产生两组均匀分布的随机数数组，分别对大气湍流相位屏的空间点位置及其对应的相位进行随机取样。计算相位屏内任意两个取样点的欧氏空间距离以及这两点处的相位差平方。将空间距离矢量元素进行升序排列，与之对应的相位差平方矢量元素做相应的顺序变化。基于排序后的空间距离和相位差平方点对进行曲线拟合，得到拟合曲线后与大气光链路的相位结构函数理论公式对比验证，若误差高于所规定的阈值，则继续利用蒙特卡洛方法重新生成大气湍流相位屏，沿用相同的步骤，将重新生成的相位屏对比验证，直至误差低于阈值为止。用此算法可得到与实际大气光链路相吻合的相位屏，从而达到实现高精确度无线光通信链路的目的。本专利技术主要解决了----现有蒙特卡洛相位屏方法生成的无线光通信链路与实际不符这一重要问题，重点考察了---无线光通信链路的相位结构函数，主要的难点在于---相位结构函数拟合算法设计。本专利技术公开的高精确度无线光通信链路的实现方法与现有技术相比所具有的积极效果在于：（1）通过对蒙特卡洛大气湍流相位屏的空间统计特性与大气光链路的相位结构函数理论公式对比验证，从而实现与实际相符的高精确度无线光通信链路。（2）设计了无线光通信链路的相位结构函数拟合算法，从而能够定量评估现有技术的准确度。（3）通过对蒙特卡洛大气湍流相位屏的空间统计做排序处理，从而极大提升了算法的执行效率。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的蒙特卡洛方法生成的大气湍流相位屏的二维图示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的高精确度无线光通信链路的实现方法流程图；图3是根据本专利技术一个实施例的大气湍流相位屏与实际无线光通信链路不符的仿真结果示意图，大气湍流相位屏与大气光链路的相位结构函数理论公式对比验证，相对误差T=210，远高于阈值5；图4是根据本专利技术一个实施例的大气湍流相位屏与实际无线光通信链路高度吻合的仿真结果示意图，大气湍流相位屏与大气光链路的相位结构函数理论公式对比验证，相对误差T=4.1，低于阈值5；图5是根据本专利技术一个实施例的高精确度无线光通信链路的二维图示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例1附图1是采用蒙特卡洛方法生成的大气湍流相位屏矩阵的二维图示意图，相位屏与激光束的光轴垂直，其中x轴和y轴显示了相位屏的尺寸大小，图中的灰度值表示了畸变的相位。附图2是本专利技术的算法流程图。附图3是基于附图1的相位屏数据进行曲线拟合以及与光链路的相位结构函数理论公式对比验证结果图。从附图3中可以看出，由于计算机的伪随机数及随机取样受限，蒙特卡洛方法生成的大气湍流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精确度无线光通信链路的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）采用蒙特卡洛方法生成大气湍流相位屏：基于生成的蒙特卡洛大气湍流相位屏，进行相位结构函数曲线拟合；所述的大气湍流相位屏指的是：将无线信道中大气湍流引起的相位畸变表示为傅里叶级数和，根据中心极限定理和帕萨法定理，采用蒙特卡洛方法数值计算各项傅里叶级数的权重系数，再采用快速傅里叶逆变换生成大气湍流相位屏；/n将拟合曲线与大气光链路的相位结构函数理论公式进行对比验证，从而实现与实际相符的高精确度无线光通信链路；主要是将拟合曲线与大气光链路的相位结构函数理论公式进行对比验证，计算相对误差

【技术特征摘要】
1.一种高精确度无线光通信链路的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采用蒙特卡洛方法生成大气湍流相位屏：基于生成的蒙特卡洛大气湍流相位屏，进行相位结构函数曲线拟合；所述的大气湍流相位屏指的是：将无线信道中大气湍流引起的相位畸变表示为傅里叶级数和，根据中心极限定理和帕萨法定理，采用蒙特卡洛方法数值计算各项傅里叶级数的权重系数，再采用快速傅里叶逆变换生成大气湍流相位屏；
将拟合曲线与大气光链路的相位结构函数理论公式进行对比验证，从而实现与实际相符的高精确度无线光通信链路；主要是将拟合曲线与大气光链路的相位结构函数理论公式进行对比验证，计算相对误差
其中分别表示空间相距；

时大气光链路相位结构函数的理论公式计算值和拟合函数值。


2.权利要求1所述的实现方法，其特征在于，将空间距离向量元素按升序排列，与空间距离相对应的相位差平方向量元素做相应的顺序调制。


3.利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，徐海胜，
申请(专利权)人：微感科技南通有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32