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World File Search System误码率
空间光通信：挑战与缓解……
摘要 — 近年来，自由空间光 (FSO) 通信因其独特的特点而变得非常重要：带宽大、免许可频谱、数据速率高、部署简便快捷、功耗低、质量要求低。FSO 通信使用近红外 (IR) 波段的光载波在地球大气层内建立地面链路、卫星间/深空链路或地对星/星对地链路。它还可用于遥感、射电天文学、军事、灾难恢复、最后一英里接入、无线蜂窝网络回程等。然而，尽管 FSO 通信潜力巨大，但其性能受到大气信道的不利影响（即吸收、散射和湍流）的限制。在这三种影响中，大气湍流是一个主要挑战，它可能导致系统的误码率 (BER) 性能严重下降，并使通信链路不可行。本文全面介绍了 FSO 通信系统在地对星/星对地和星间链路中面临的各种挑战。它还提供了各种性能缓解技术的详细信息，以实现高链路可用性和可靠性。本文的第一部分将重点介绍对地对星/星对地和星间链路光通信系统性能构成严重挑战的各种类型的损伤。本文的后半部分将为读者提供对物理层以及其他层（链路、网络或传输层）的各种技术的详尽回顾，以对抗大气的不利影响。本文还独特地介绍了一种最近开发的技术，该技术利用轨道角动量，在天基和近地光通信链路中利用光载波的高容量优势。本调查为读者提供了有关使用天基光回程链路的全面详细信息，以提供高容量和低成本的回程解决方案。
自由空间光通信系统
摘要——本文对自由空间光通信系统进行了全面分析。自由空间光通信系统是一种现代化技术，其中表面环境充当发射器和接收器之间的传输介质，为了成功传输光信号，源和目的地都应该在 LOS 中。作为通道的外部环境可以是任何外层空间，可以是真空或适度的空气。FSO 系统通过未授权频段光通信频谱提供有吸引力的带宽增强。FSO 系统中的传输和接收主要依赖于外部通道，即外部环境，因为存在雨（小雨、中雨、大雨）、雾、雪等外部因素。FSO 链路的可靠性在很大程度上取决于外部或表面天气条件，这些条件会衰减在自由空间中传播的光信号强度。随着恶劣天气条件的加剧或加剧，光信号的强度会减弱。对于众多源，可以使用波长多路复用器将各种波长的光信号组合成单个源，同样，在目的地，可以使用波长解复用器分离组合波长的光信号。影响传输系统的其他方面可能包括特定波长或特定波段的光源类型、调制格式、要发送的数据量、使用的光电探测器类型等。特定波长上要传输的数据量以 Mbps 或 Gbps 为单位。这项研究主要侧重于各种天气条件，这些条件在 FSO 系统中起到了障碍作用。天气条件和数据量相结合是决定光信号从发射器到接收器的传输距离的主要考虑因素。通过优化 FSO 系统，它通过降低输出信号中的误码率 (BER) 来最大化源和目的地之间的距离。FSO 系统的最终结论可以通过 Q 因子（即信号质量）和使用眼图分析仪分析眼图来检查。
“量子”效应
带宽需求持续增长 不断增长的带宽消耗需求继续对全球数据通信行业构成挑战。随着 400G 收发器出货量在 2021 年及以后大幅扩大，800G 光器件已计划在 2022 年上市。端口速度的加速周转以及链路预算的减少，导致半导体和光电子厂商不断面临压力，需要以极具竞争力的价格提供可靠的技术。在一个以成本和性能之间的平衡为主导的领域，光纤安装的质量至关重要。 链路余量可节省成本 从 100G 到 400G+ 生态系统的过渡带来了新的复杂性。现代数据通信光器件在设计上会产生高误码率，这意味着 FEC（前向纠错）编码方案对于维持稳定的连接必不可少 1 。由于 PAM4 等先进调制技术对光学元件性能提出了更严格的要求，光损耗预算也比以往任何时候都低。因此，网络运营商必须寻求高性能光纤解决方案，例如 Legrand Quantum 2 光纤解决方案，以尽可能多地利用光学余量。有了卓越的光纤基础设施，用户就可以寻求更经济高效的收发器来适应他们的网络环境。这为 DR-Lite 等性能轻松、价格具有竞争力的标准铺平了道路。优化网络支出确保高容量网络高效运行已经是一项昂贵而复杂的操作，更不用说链路故障的威胁了。大多数故障都与连接器端面和端口受污染、收发器激光性能下降或光纤弯曲/应力有关。前面提到的故障模式将受益于高性能光纤，因为这将延长链路寿命并减少昂贵的运营商故障单。因此，从运营和采购的角度来看，最大化光学性能裕度（光学余量）与优化总体成本之间存在不可避免的关联。
自由空间中的指数威布尔衰落信道模型...
自由空间光通信 (FSO) 作为一种有前途的技术，正受到越来越多的关注，以克服日益拥挤的无线市场的带宽短缺问题。目前，射频 (RF) 技术难以应对日益增长的高带宽数据需求。此外，随着用户数量的增加，RF 频谱变得如此拥挤，以至于几乎没有空间提供新的无线服务，此外，使用 RF 频段的带宽限制有限，并且必须为此类频段支付许可费，这还带来了额外的不便。FSO 通信与其他替代方案相比具有明显的优势，例如更窄、更安全的波束、几乎无限的带宽以及对使用光频率和带宽没有监管政策。此外，在太空领域，由于与 RF 相比，FSO 技术的质量和功率要求较低，因此对卫星通信系统来说，FSO 技术正变得越来越有吸引力。基于 FSO 技术部署无线链路的主要缺点是光波在湍流大气中传播时会受到扰动。会产生许多影响，其中最明显的是信号承载激光束辐照度（强度）的随机波动，这种现象称为闪烁，由闪烁指数 (SI) 量化。FSO 链路中随机辐照度波动的统计分析是通过概率密度函数 (PDF) 进行的，从中可以获得其他统计工具来测量链路性能，例如衰落概率和误码率 (BER)。如今，辐照度数据最广泛的模型是 Lognormal (LN) 和 Gamma-Gamma (GG) 分布。尽管这两种模型在大多数情况下都符合实际数据，但它们都无法在所有大气湍流条件下拟合有限接收孔径尺寸的辐照度数据，即在存在孔径平均的情况下。此外，在某些情况下，LN 或 GG 模型似乎都无法准确拟合辐照度数据，特别是在 PDF 的左尾。本文介绍的工作致力于提出一种新的模型，用于在存在孔径平均的情况下，大气湍流下的 FSO 链路中的辐照度波动；从而得到指数威布尔 (EW) 分布。在这里，使用半启发式方法来找到一组将 EW 参数直接与 SI 相关联的方程。经过测试，这些表达式可以很好地拟合辐照度数据的实际 PDF。提供了新模型出现的物理依据，以及弱到强湍流状态下的大量测试场景（包括数值模拟和实验数据），以评估其在 PDF 和衰减概率方面对辐照度数据进行建模的适用性。此外，