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RIS辅助FSO/RF混构系统性能研究

激光与光电子学进展 2024年第15期 1-8页

作者：包朝园曹阳彭小峰邢雯珺重庆理工大学电气与电子工程学院

为了研究可重构智能表面（RIS）辅助自由空间光（FSO）/射频（RF）混构系统的性能，在RF链路中考虑同信道干扰问题的影响。RIS能够解决RF链路无法完成视距通信的问题，从而提升通信系统性能。FSO链路服从双广义伽马分布，并考虑指向误... 详细信息

为了研究可重构智能表面（RIS）辅助自由空间光（FSO）/射频（RF）混构系统的性能，在RF链路中考虑同信道干扰问题的影响。RIS能够解决RF链路无法完成视距通信的问题，从而提升通信系统性能。FSO链路服从双广义伽马分布，并考虑指向误差的影响，RF链路服从瑞利分布，在中继节点处采用译码转发协议，减少噪声对传输信号的干扰。推导了系统端到端瞬时信噪比的累积分布函数，在此基础上，进一步推导了该系统的中断概率和平均误码率的闭合公式。仿真结果表明，该系统方案在弱湍流和中湍流强度下性能提升较为明显。在弱湍流强度下，RIS可以有效抵抗干扰对RF链路的影响，从而提升系统性能。

关键词：同信道干扰可重构智能表面中断概率平均误码率

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智能超表面辅助的RF/FSO混构系统性能研究

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智能超表面辅助的RF/FSO混构系统性能研究

作者：包朝园重庆理工大学

学位级别：硕士

针对自由空间光通信无法进行视距传输的问题,在自由空间光通信链路中引入智能超表面技术,增大其通信覆盖范围,降低路径损耗。其中,自由空间光通信链路考虑指向性误差和大气湍流效应的联合影响,射频通信链路考虑多个同信道干扰信号的影响... 详细信息

针对自由空间光通信无法进行视距传输的问题,在自由空间光通信链路中引入智能超表面技术,增大其通信覆盖范围,降低路径损耗。其中,自由空间光通信链路考虑指向性误差和大气湍流效应的联合影响,射频通信链路考虑多个同信道干扰信号的影响,本文以射频通信/自由空间光通信中继协作系统为研究基础,进行如下研究:1)为了改善自由空间光通信的传输性能,在自由空间光通信链路中引入单块光学智能超表面,并考虑射频通信链路中存在多个同信道干扰信号,提出一种单块光学智能超表面辅助的射频通信/自由空间光通信混构系统研究方案。其中,自由空间光通信链路满足双伽马衰落分布,射频通信链路满足瑞利衰落分布,采用具有译码转发协议的中继节点。首先利用系统模型推算出两条链路瞬时信噪比的具体表达式,在此基础上,得出两条链路的概率密度函数和累积分布函数,然后进一步推导出系统的中断概率和平均误码率,最后对系统的中断概率和平均误码率使用蒙特卡罗仿真进行验证。此外,还对系统的中断概率进行渐进分析,进而推导出系统的分集顺序关系,得出了系统的性能主要与自由空间光通信链路的衰落参数、光检测方式和指向性误差有关。仿真结果表明,相较于传统的射频通信/自由空间光通信混构系统,所提出的研究方案尽管考虑了多个同信道干扰信号的影响,系统整体的性能仍然优于传统系统方案,说智能超表面技术能明显提高系统的性能。在五种调制方式中,当（?）＜20dB左右时,BPSK性能更优,当（?）＞20dB左右时,OOK性能更优。2)射频通信系统中存在的同信道干扰信号会使得该系统性能受到影响,本方案考虑在射频通信系统中利用多用户的同时传输产生分集增益,增强系统的传输性能。并考虑自由空间光通信无法完成视距传输的问题,在自由空间光通信链路中引入多块光学智能超表面。此外,在自由空间光通信链路中不仅考虑指向性误差和大气湍流效应的联合影响,还考虑光学智能超表面产生的抖动误差。提出一种多块光学智能超表面辅助的多用户射频通信/自由空间光通信混构系统方案。其中,具有多用户分集的射频通信链路服从独立同分布的瑞利分布,多块光学智能超表面辅助的自由空间光通信链路服从双伽马分布,采用具有译码转发协议的中继节点,最终推导了系统中断概率和平均误码率。数值仿真结果表明,增加光学智能超表面可以显著提高多用户射频通信/自由空间光通信混构系统的性能。此外,当阈值门限从4d B下降到1d B,N=8,中断概率的值为10时,系统有3d B左右的增益,说明阈值门限不同的取值对系统性能存在较大影响。

关键词： RF/FSO混构系统智能超表面技术同信道干扰中断概率平均误码率

Gamma-Gamma大气湍流下零判决门限差分探测自由空间光通信系统误码率性能

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中国激光 2017年第11期44卷 149-160页

作者：李晓燕张鹏佟首峰长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心吉林长春130022 长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

研究了中强大气湍流条件下基于零判决门限差分探测(DDTZ)的自由空间光(FSO)通信系统误码率性能。在两束传输光完全相关和完全不相关的情况下,推导了DDTZ FSO通信系统和具有最佳阈值的差分探测系统的平均误码率的计算表达式。仿真结果表... 详细信息

研究了中强大气湍流条件下基于零判决门限差分探测(DDTZ)的自由空间光(FSO)通信系统误码率性能。在两束传输光完全相关和完全不相关的情况下,推导了DDTZ FSO通信系统和具有最佳阈值的差分探测系统的平均误码率的计算表达式。仿真结果表明:DDTZ不存在传统固定判决门限单端探测(SDTF)中存在的差错平底问题;两个接收信号的相关性对DDTZ误码率没有影响;DDTZ误码率性能虽不及最优差分探测,但明显优于SDTF,因此在可实现性和误码率性能方面,DDTZ更具实际应用价值。

关键词：光通信自由空间光通信平均误码率差分探测大气湍流差错平底效应

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RIS辅助双向物联网通信系统性能分析

计算机科学 2022年第6期49卷 19-24页

作者：董丹丹宋康青岛大学电子信息学院山东青岛266071 西安邮电大学陕西省信息通信网络及安全重点实验室西安710121

可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)可以智能地调整无线传播环境来显著提升通信性能,相比传统的中继系统具有成本低、功耗低、易部署等特点,被视为6G的潜在关键技术之一。由于RIS可以动态地改变无线电波的相位特征... 详细信息

可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)可以智能地调整无线传播环境来显著提升通信性能,相比传统的中继系统具有成本低、功耗低、易部署等特点,被视为6G的潜在关键技术之一。由于RIS可以动态地改变无线电波的相位特征,通过合理地调整相移可以实现网络的可伸缩性,灵活服务于网络中海量的物联网节点。为了进一步提升RIS辅助物联网传输系统的性能,提出了一个由RIS辅助物联网通信的双向传输系统,通过引入全双工技术和自干扰消除技术,有效提高了系统容量和传输效率。推导了所提系统的中断概率、平均误码率和平均信道容量的解析表达式,得到了系统性能与系统中RIS反射单元的数量等系统参数之间的函数关系。蒙特卡洛仿真验证了推导的准确性和所提方案的性能优势。

关键词：可重构智能表面物联网双向中断概率平均误码率平均信道容量

AF中继辅助TWR-FSO通信系统的性能分析

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激光杂志 2023年第10期44卷 122-127页

作者：包朝园曹阳彭小峰邢雯珺重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054

针对大气湍流和指向误差对自由空间光通信性能的影响会随着通信距离的增大而愈发严重,基于放大转发中继(AF),提出了一种双向中继-自由空间光通信(TWR-FSO)系统方案。该系统采用差分二进制相移键控调制,建立了一个包含大气湍流和指向误... 详细信息

针对大气湍流和指向误差对自由空间光通信性能的影响会随着通信距离的增大而愈发严重,基于放大转发中继(AF),提出了一种双向中继-自由空间光通信(TWR-FSO)系统方案。该系统采用差分二进制相移键控调制,建立了一个包含大气湍流和指向误差的复合衰落信道模型,其信道衰落满足Gamma-Gamma分布。利用Meijer’s G函数推导得到TWR-FSO系统中断概率和平均误码率的闭合表达式。在不同湍流强度和阈值门限条件下,对比分析了中断概率和平均误码率性能。仿真结果表明,在受到相同指向误差的条件下,当SNR=25 dB时,AF中继相较于DF中继系统的中断概率从10^(-1)量级下降到10^(-4)量级左右。当折射率结构常数为4.0×10^(-15)m^(-2/3),SNR=40 dB时,系统的误码率可以达到10^(-8)量级以下。说明AF中继下TWR-FSO系统能有效降低大气湍流和指向误差对通信系统的影响。

关键词：放大转发中继中断概率平均误码率梅耶尔G函数

星地融合网络传输性能分析及资源分配算法研究

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星地融合网络传输性能分析及资源分配算法研究

作者：邹飞重庆邮电大学

学位级别：硕士

随着智能终端技术与无线通信系统的快速发展,无线数据流量不断增加,蜂窝通信系统面临着巨大挑战,通过卫星网络与蜂窝网络协作,可以有效减小蜂窝通信系统的负载。另外,对于无法便捷部署蜂窝基础设施的区域,可以利用卫星通信系统为用户提... 详细信息

随着智能终端技术与无线通信系统的快速发展,无线数据流量不断增加,蜂窝通信系统面临着巨大挑战,通过卫星网络与蜂窝网络协作,可以有效减小蜂窝通信系统的负载。另外,对于无法便捷部署蜂窝基础设施的区域,可以利用卫星通信系统为用户提供网络接入服务。由于卫星通信系统覆盖范围广,容量大,可靠性高等优势,卫星和地面网络两种异构网络的高效融合成为必然趋势。由于星地链路之间的高路损以及传输障碍可能导致通信性能受限,可将中继协作技术应用于卫星、地面融合网络构建星地融合中继网络,以提升用户服务质量。本文就星地融合中继网络的传输性能及资源分配算法开展研究,具体包含以下内容:针对采用放大转发(Amplify and Forward,AF)协议的星地融合中继网络,本文首先分析卫星信道和陆地信道的统计特征,评估卫星陆地级联信道的衰落程度(Amount of Fading,Ao F)指数;其次,针对硬件损伤和不完美信道状态信息(Channel State Information,CSI)的非理想场景,对星地融合中继网络的性能进行评估,通过对硬件损伤的建模以及信道估计误差分析,分别得出接收端信噪比的累积分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF),推导中断概率的闭式表达式;最后,基于硬件损伤场景下得出的信噪比,建模系统能效最大化问题,通过Dinkelbach转化方法求解所建模非凸问题,确定卫星和中继的最优功率分配方案。为了提升星地融合系统的容量和谱效,本文研究采用非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)技术的星地融合中继网络,并设计数据传输方案。考虑卫星与地面蜂窝网络共用频谱,研究同信道干扰(Co-channel Interference,CCI)对网络性能的影响。通过对CCI进行建模,并分析其统计特性,进一步推导出NOMA用户的平均误码率以及中断概率的闭式表达式。特别地,对于NOMA强用户,分析了不完美串行干扰消除(Serial Interference Cancellation,SIC)情况对误码率的影响。此外,考虑到卫星通信中,准确的CSI难以获取,本文利用信道和CCI的统计信息,建模卫星均值能效(Mean Energy Efficiency,MEE)最大化问题,通过Charnes-Cooper方法将原分式规划问题进行转化,并利用拉格朗日对偶方法进行求解,从而确定卫星最优功率分配方案。通过蒙特卡洛仿真,验证了本文所推导的数值结果与仿真结果具有良好的拟合度,证实了推导结果的有效性。

关键词：星地融合网络中继传输中断概率平均误码率功率分

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新型室内异构通信系统研究

新型室内异构通信系统研究

作者：言小琴湖南大学

学位级别：硕士

随着人们对室内通信质量和覆盖范围的要求增高,越来越多的室内通信方式应运而生,如可见光通信和电力线通信。可见光通信和电力线通信都是利用现有的基础设施进行数据传输,具有易于实现、成本低、安全性高和频谱免费等优点。但是像可见... 详细信息

随着人们对室内通信质量和覆盖范围的要求增高,越来越多的室内通信方式应运而生,如可见光通信和电力线通信。可见光通信和电力线通信都是利用现有的基础设施进行数据传输,具有易于实现、成本低、安全性高和频谱免费等优点。但是像可见光通信和电力线通信这种单一模式的通信系统存在传播损耗大、覆盖范围窄的问题。针对此问题,本文研究了两种不同的异构通信网络,即基于可重构智能表面的混和双跳可见光/射频通信系统以及混合双跳电力线/射频通信系统,这两种异构方案的两段链路都工作在不同的频段,可以避免各系统之间的干扰,且都能在一定程度上扩大传播距离。本文主要研究内容如下:(1)提出一种用于室内场景的可重构智能表面辅助下的混合双跳可见光/射频通信系统,该系统第一条链路是可见光通信链路,可重构智能表面用来辅助射频链路。更具体地说,中继上的光电检测器首先将光信号转换电信号,再使用解码转发或放大转发中继协议将电磁信号转发到可重构智能表面,可重构智能表面则改变入射波的电磁响应和方向,在中继和目的端之间构建虚拟的视距链路,使得目的端和信号端之间得以连接,以此扩大传统可见光/射频通信系统的覆盖范围,并通过增加可重构智能表面上反射面的个数来增强接收端的接收信号质量。基于上述系统,本文推导出不同中继协议下系统中断概率的闭合表达式和解码转发中继协议下的平均误码率的精确表达式,为了得出更多有意义的结论,本文还提供中断概率的渐近分析表达式;仿真结果验证了上述的分析结果。(2)对混合双跳电力线/射频通信系统进行研究,在本文中该系统的电力线链路和射频链路通过解码转发或放大转发中继进行连接,其中,假设电力线信道受到加性背景噪声和泊松-高斯脉冲噪声的影响,并伴随着对数正态衰落,射频链路的信道假设为广义莱斯衰落,是一种更为广义的信道模型。在此基础上,推导出系统的分集度、中断概率、平均误码率和平均信道容量的精确表达式;还对中断概率和平均误码率进行渐近分析,给出平均信道容量的上界表达式;最后,提供数值结果以分析脉冲噪声和广义莱斯因子等系统参数对整体性能的影响。

关键词：室内通信可见光通信电力线通信射频通信可重构智能表面中断概率平均误码率平均信道容量

大气湍流和指向误差复合信道下的太赫兹无线通信系统建模与性能分析

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大气湍流和指向误差复合信道下的太赫兹无线通信系统建模与性能分...

作者：张盼盼长安大学

学位级别：硕士

随着6G工作的推进,太赫兹通信作为6G高速率通信的重要支撑技术备选方案受到多国关注。太赫兹无线通信技术凭借其超宽带宽、大容量和高速率传输的优势,在高速通信方面有着广阔的应用前景。太赫兹波束在大气中传输时受到大气湍流的影响,... 详细信息

随着6G工作的推进,太赫兹通信作为6G高速率通信的重要支撑技术备选方案受到多国关注。太赫兹无线通信技术凭借其超宽带宽、大容量和高速率传输的优势,在高速通信方面有着广阔的应用前景。太赫兹波束在大气中传输时受到大气湍流的影响,导致波束质量下降,从而影响通信质量。不同的大气湍流模型导致的通信质量不同。针对该问题,本文进行了无线太赫兹通信系统在不同信道模型下的性能研究,实验结果为实际应用工程提供了一定的理论指导。主要工作如下:(1)首先建立系统模型,对50GHz到350GHz太赫兹波束大气传播衰减特性进行模拟研究,然后研究分析不同分布下的指向误差和太赫兹信道特点,最后总结了太赫兹通道的传输特性,并引入对数正态、Gamma-Gamma和Beaulieu-Xie三种基于太赫兹无线通信系统的大气湍流模型。(2)针对点对点静止或匀速短距离无线通信的通信要求和应用场景,为太赫兹无线通信设计了基于副载波强度调制方式的系统框架。利用对数正态(LN)和GammaGamma(GG)湍流分布分别模拟系统处于弱湍流、中到强大气湍流时系统性能变化情况,根据太赫兹传输特点,推导出在大气传播衰减情况下的两种复合大气湍流衰落,进而推导出基于两种大气湍流时系统BPSK调制下的平均误码率、中断概率和平均信道容量。通过MATLAB仿真进行验证,总结基于复合GG衰落信道和复合LN衰落信道的系统平均误码率、中断概率和平均信道容量的曲线变化规律,分析得出大气湍流、传播路径和波束宽度等信道参数对系统性能的影响。以及在特殊情况时,对比相同系统参数下复合GG分布和复合K分布的系统性能。(3)为了进一步丰富大气湍流模型,首先引入新的衰落模型—Beaulieu-Xie,该模型拥有一个灵活的衰落参数,允许它适应信号衰落的不同严重程度,且同时具有视距分量和非视距分量。然后在新的衰落模型中采用非零视距指向误差,并利用二阶统计量推导出指向误差、大气湍流和大气传播衰减的二阶联合分布,根据联合分布推导出在多跳情况下比中断概率和平均误码率等更有意义的电平交叉率和平均中断时间。最后通过MATLAB仿真进行验证,并总结了新衰落模型在通信系统中的电平交叉率和平均中断时间的曲线变化规律,分析了衰减参数、视距分量和非视距分量等信道参数对系统性能的影响。

关键词：通信太赫兹平均误码率中断概率电平交叉率平均中断时间

同信道干扰下RIS辅助MUD-RF/FSO混构系统性能分析

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光学学报 2023年第22期43卷 108-116页

作者：包朝园曹阳彭小峰邢雯珺重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054

为了解决射频(RF)通信中存在的同信道干扰问题,利用多用户的同时传输产生分集增益,并考虑自由空间光(FSO)通信无法完成视距传输的问题,在FSO链路中引入可重构智能表面(RIS)技术,提出一种同信道干扰下RIS辅助多用户分集(MUD)-RF/FSO混构... 详细信息

为了解决射频(RF)通信中存在的同信道干扰问题,利用多用户的同时传输产生分集增益,并考虑自由空间光(FSO)通信无法完成视距传输的问题,在FSO链路中引入可重构智能表面(RIS)技术,提出一种同信道干扰下RIS辅助多用户分集(MUD)-RF/FSO混构系统方案。其中,具有多用户分集的RF链路服从独立同分布的Rayleigh分布,光学RIS辅助的FSO链路服从Gamma-Gamma分布,在电光转换中继节点处采用译码转发协议。基于系统端到端瞬时信噪比的概率密度函数及其累计分布函数,推导了系统中断概率和平均误码率的闭合表达式。仿真结果表明,RIS可以显著提升MUD-RF/FSO混构系统的性能。此外,用户数量的增加可以为系统带来分集增益,从而抑制同信道干扰所带来的不良影响。

关键词：多用户分集可重构智能表面中断概率平均误码率同信道干扰