摘要
可靠的通信基础设施是智能交通系统的重要组成部分，尤其是在涉及海上通道和紧急交通管理的场景中。在光纤部署受到地理限制的地区，无人机辅助的自由空间光通信中继链路提供了一种灵活且能快速部署的替代方案。然而，大气衰减、湍流引起的信号衰减以及风力导致的无人机定位偏差都可能严重降低链路可靠性，进而干扰实时交通数据流。本研究提出了一种高效的多输入多输出自由空间光通信中继架构，该架构采用多输出/单输入的上行链路和单输出/多输入的下行链路。其中，多输出/单输入指的是多个地面发射装置指向同一个无人机接收装置，而单输出/多输入则是指一个无人机发射装置为多个地面接收装置服务。与传统的对称式无人机辅助MIMO-FSO中继不同，后者可能在无人机端重复配置分集硬件，而所提出的设计将并行光路移到了地面站，无人机上仅保留一个光接收器和一个光发射器。在4×4的对比假设下，这使无人机端的光路数量从8个减少到2个，相当于减少了75%的光路数量。该系统的性能在1.54公里的中继链路上进行了评估。分析框架考虑了比尔-朗伯衰减、对数正态/伽马-伽马湍流以及统计定位误差；在OptiSystem仿真中，这些因素的综合影响表现为大气吸收/散射带来的25 dB/km的损耗，以及湍流和定位问题带来的25.5 dB/km的损耗。针对单输入单输出、2×2和4×4配置的对比仿真显示，所提出的4×4架构可使Q因子从8.38提升至18.25，同时OptiSystem测得的最低误码率也从2.73×10?17降至9.95×10?75。由于有限的仿真无法通过简单的错误计数来验证如此低的错误概率，因此远低于10?12的数值主要被用作衡量接收器决策裕度的参考指标。研究结果通过仿真证明了，在恶劣的传播条件下，所提出的架构是一种具有可扩展性的解决方案，有望用于智能交通走廊中的可靠光无线回传系统。
