前向链路和反向链路误码率的关系

在以上理论推导的基础上，下面分析大气湍流和指向误差共同影响下的全双工逆向调制无人机光通信系统链路误码性能，本节所用到的部分参数如表4.4所示。

表4.4　仿真参数

图4.26所示为中湍流和强湍流条件下，前向链路和反向链路误码率随信噪比变化的关系。可以看出，蒙特卡罗仿真结果与数值仿真结果基本符合，验证了所推公式的正确性。图4.26（a）中湍流条件时，前向链路的链路误码率随着调制阶数的升高而升高，反向链路的误码率均高于前向链路的误码率，再分析图中曲线斜率可以发现，前向链路和反向链路误码率随信噪比增大而降低的程度基本一致。例如，当SNR=75 dB时，前向链路分别采用QPSK，8PSK，16PSK调制方式时的链路误码率分别为5.1×10-6，1.2×10-5，3.9×10-5，反向链路的链路误码率为6.9×10-5；当SNR=90 dB时，前向链路分别采用QPSK，8PSK，16PSK调制方式时的链路误码率分别为4.1×10-8，9.5×10-8，3×10-7，反向链路的链路误码率为6×10-7。以10-5为链路误码性能指标，可以发现前向链路与反向链路达到性能指标时的系统信噪比分别为80.5 dB（QPSK），82.3 dB（8PSK），86 dB（16PSK），87.9 dB（反向链路）。图4.26（b）强湍流条件下，前向链路的链路误码率依然随着调制阶数的升高而升高，并且不同调制方式之间的链路误码率随着信噪比的增大降低程度基本相同，而反向链路的误码率随着信噪比的增大而降低的程度比前向链路更大，当信噪比增大至一定程度时，反向链路的误码性能可以优于前向链路采用高阶调制时的链路误码性能。例如，当SNR=80 dB时，前向链路分别采用QPSK，8PSK，16PSK调制方式时的链路误码率分别为5.5×10-5，1.2×10-4，3.9×10-4，反向链路的链路误码率为2.7×10-3，当SNR=90 dB时；前向链路分别采用QPSK，8PSK，16PSK调制方式时的链路误码率分别为2.1×10-6，5×10-6，1.5×10-5，反向链路的链路误码率为2.5×10-5。以10-5为链路误码性能指标，则前向链路与反向链路达到性能指标时的系统信噪比分别为92.7 dB（QPSK），94.5 dB（8PSK），96.9 dB（16PSK），96 dB（反向链路）。从以上分析可以看出，中湍流条件下前向链路和反向链路达到链路性能指标时的信噪比比强湍流条件下达到链路性能指标时的信噪比分别低12.2，12.2，10.9，8.1 dB，则全双工系统的信噪比增益平均值为10.85 dB。

图4.26　前向链路和反向链路误码率随信噪比变化关系(https://www.xing528.com)

（a）中湍流；（b）强湍流

图4.27为中湍流和强湍流条件下不同抖动标准差时前向链路和反向链路误码率随信噪比变化的关系图，从图中可以看出蒙特卡罗仿真结果与数值仿真结果基本相符。由图可知，随着抖动标准差的增大，前向链路和反向链路的误码性能都会降低，同时分析图中曲线斜率发现，当抖动标准差从25 cm增大到35 cm时，前向链路不同调制方式下的链路误码率随信噪比变化的程度均有所减小，而反向链路则表现出相反的现象。例如，中湍流条件下，当SNR=75 dB，σs=25 cm时，前向链路和反向链路的链路误码率分别为7×10-7（QPSK），2.1×10-6（8PSK），1.2×10-4（反向链路）；当σs=35 cm时，前向链路和反向链路的链路误码率分别增大为9×10-6（QPSK），1.9×10-5（8PSK），1.6×10-3（反向链路）。当SNR=90 dB，σs=25 cm时，前向链路和反向链路的链路误码率分别为2×10-9（QPSK），5.1×10-9（8PSK），1.6×10-6（反向链路）；当σs=35 cm时，前向链路和反向链路的链路误码率分别增大为1.1×10-7（QPSK），2.1×10-7（8PSK），3.5×10-6（反向链路），这种链路误码率变化程度上的规律在强湍流条件下也有所体现。这表明抖动标准差的增大对前向链路误码性能的影响大于对反向链路误码性能的影响。

图4.27　不同抖动标准差时前向链路和反向链路误码率随信噪比变化关系

（a）中湍流；（b）强湍流