混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信中继系统

刘维; 王静怡; 马鑫洋; 石文孝; 曹景太

doi:10.37188/OPE.20223005.0536

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混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信中继系统

现代应用光学 | 更新时间：2022-03-25

- 混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信中继系统
- Hybrid millimeter wave RF/MIMO-FSO relay system
- 光学精密工程 2022年30卷第5期页码：536-544
- 作者机构：
  
  1.吉林大学通信工程学院，吉林长春 130012
  2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130012
- 作者简介：
  
  [ "刘　维（1986-），女，吉林延边人，副教授，硕士生导师，2009年、2015年于吉林大学分别获得学士、博士学位，2017年博士后流动站出站，主要从事基于自适应光学的相干探测地形测绘激光雷达大气补偿关键技术、自由空间光通信大气信道补偿技术、基于深度学习的目标识别技术等方面的研究。E-mail： jdlw@jlu.edu.cn" ]
  [ "石文孝（1960-），男，黑龙江哈尔滨人，教授，博士生导师，1983年于长春邮电学院获得学士学位，1991年于哈尔滨工业大学获得硕士学位，2006年于吉林大学获得博士学位，主要从事宽带无线移动通信网理论与技术、高速移动互联网理论与技术、无线光通信理论与技术等方面的研究。E-mail： swx@jlu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(62001448)
- DOI：10.37188/OPE.20223005.0536
  中图分类号： TN929.13
- 收稿日期：2021-07-20，
  
  修回日期：2021-08-31，
  
  纸质出版日期：2022-03-10
- 稿件说明：
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刘维,王静怡,马鑫洋等.混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信中继系统[J].光学精密工程,2022,30(05):536-544.

LIU Wei,WANG Jingyi,MA Xinyang,et al.Hybrid millimeter wave RF/MIMO-FSO relay system[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(05):536-544.
刘维,王静怡,马鑫洋等.混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信中继系统[J].光学精密工程,2022,30(05):536-544. DOI： 10.37188/OPE.20223005.0536.

LIU Wei,WANG Jingyi,MA Xinyang,et al.Hybrid millimeter wave RF/MIMO-FSO relay system[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(05):536-544. DOI： 10.37188/OPE.20223005.0536.

摘要

为准确评价混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信（millimeter Wave Radio Frequency/Multiple Input Multiple Output-Free Space Optical， mmW RF/MIMO-FSO）中继系统的性能，利用Meijer-G 函数推导出混合mmW RF/MIMO-FSO中继系统端到端中断概率、误码率以及遍历容量的闭合解析表达式。该混合系统的中继采用固定增益方案、接收端采用等增益合并方式合并多路信号。mmW RF信道服从Nakagami-

衰落，FSO信道服从Gamma-Gamma分布。数值仿真结果显示，MIMO技术可以有效缓解由于大气湍流强度的增强而导致的混合中继系统性能降低。随着激光发射器和光电探测器相对应的收发孔径数目的增加，混合中继系统性能逐渐增强，但与此同时系统的复杂度也不断提高。综合分析可知，当激光发射器发送的激光信号束与光电探测器使用的接收孔径数相等且都为2时，MIMO-FSO链路的性能达到最佳状态。

Abstract

To accurately evaluate the performance of the hybrid millimeter wave radio frequency （RF） and multiple input multiple output （MIMO） free space optical （FSO） relay system， the Meijer G function is used to derive the end-to-end interruption probability， bit error rate and traversal of the hybrid mmW RF/MIMO FSO relay system. Further， the proposed approach employs the closed analytical expression of the capacity. The relay of the hybrid system adopts a fixed gain scheme， and the receiving end adopts an equal gain aggregation scheme to combine multiple equivalent signals. The mmW RF channel obeys Nakagami-

fading， whereas the FSO channel obeys the Gamma-Gamma distribution. The results of numerical simulation show that the MIMO technology can effectively alleviate the performance degradation of the hybrid relay system caused by the intensification of atmospheric turbulence. The performance of the hybrid relay system is gradually enhanced by increasing the number of transceiver apertures. However， this also increases the complexity of the system. Comprehensive analysis shows that the MIMO-FSO link performs best when the number of apertures receiving the laser signal from the transmitter is equal to the number of receiving apertures on the photo detector （i.e. two apertures）.

关键词

Keywords

references

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