CN114598390B - 多发多收空频分组码ofdm卫星激光通信系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信系统及方法，系统包括发射端、星上终端、接收端、发射端与星上终端之间的上行链路和星上终端与接收端之间的下行链路，其中，所述发射端和接收端设置在地面，发射端向上发射激光束，通过上行链路，经大气信道中大气湍流影响后被星上终端接收；所述星上终端向下发射激光束，通过下行链路，经大气信道中大气湍流影响后被地面接收端接收。本发明在卫星激光通信系统中将SFBC编码OFDM技术与MIMO空间分集技术相结合，在扩大通信容量、减少信道的频率选择性衰落效应的基础上有效改善了系统的通信性能，在星地激光通信等领域有着重要的应用前景。

Description

多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信系统及方法
技术领域
本发明属于无线光通信领域，特别涉及一种多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信系统及方法。
背景技术
卫星之间的信息传输越来越频繁，信息量也越来越大，对传输数据率要求较高。卫星激光通信技术利用激光作为通信载体在卫星与地面光学站之间传递信息，相比于传统的通信技术，其具有通信容量大、保密性好、传输速率高、体积设备小、抗干扰能力强、重量轻以及低功耗的特点。星地激光通信是卫星激光通信网络的重要组成部分，其主要传输介质是真空信道和大气信道。
然而，激光光束穿越大气时，近地面湍流引起的折射率起伏将影响光束的传输质量，破坏激光光束的相干性，从而引起光强闪烁、光束漂移和到达角起伏等一系列大气湍流效应。因此，综合考虑大气湍流造成的各种影响十分必要。
多输入多输出(MIMO)技术配备多跟发射天线和接收天线，可以在不增加带宽和传输功率的情况下实现数据的高速传输，有效提高频谱利用率，充分利用空间资源，能有效抑制大气湍流从而获得更好的系统性能。2016年,Gopal,P等人研究了上行链路空间分集对系统性能的影响，发现起初随着发射机数量的增加链路性能有明显的提升，当发射机数量增加到一定值后提升不再明显，此外随着发射机数量的增加，在特定接收信噪比下的最大可达容量提升并且相应的中断概率降低。2020年，Kangning Li等人在差分相移(DPSK)调制下分别推导了星地下行链路单发多收(SIMO)接收系统等增益合并(EGC)、最大比合并(MRC)、选择合并(SC)的误码率闭合表达式，仿真分析后发现利用空间分集的多孔径接收系统比单孔径接收系统性能更优。综上所述，在卫星激光通信系统中使用MIMO技术能有效抑制大气湍流从而获得更好的系统性能。
为了充分利用MIMO技术的空间分集，在卫星激光通信系统中，以往的编码技术是利用重复码(RC)和空时分组码(STBC)来获得全空间分集。2021年，Yaping Wang等人在星地下行链路研究了SIMO-RC技术对系统性能的影响，发现与未编码的系统相比，RC系统达到相同的误码率性能需要更低的信噪比。同年，Qianqian Wang等人在星地上行链路利用MISO-STBC技术研究了正交频分复用调制(OFDM)与差分相移键控调制(DPSK)系统性能。MIMO-STBC能够提供全空间分集，但并不能提供全空间频率分集。在无线射频领域中，为了同时在空间和频率维度上进行分集，利用空频分组码(SFBC)的空间分集方案也是一种更好的选择，SFBC是由STBC通过简单映射并与对角空时信号星座相结合得到的。
空频分组编码(SFBC)技术能获得高分集增益，提高了MIMO通信系统的可靠性。为了利用频率和空间的多样性，SFBC还可以有效地与正交频分复用(OFDM)技术结合使用，以减少信道的频率选择性衰落效应。在卫星激光通信系统中结合SFBC编码技术与MIMO空间分集技术还未见报道。本发明在MIMO卫星激光通信系统中引入SFBC编码技术，并结合OFDM技术，在进一步扩大通信容量、减少信道的频率选择性衰落效应的同时，有效地改善了系统的通信性能，因而具有重要的理论意义和应用价值。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信系统，包括发射端、星上终端、接收端、发射端与星上终端之间的上行链路和星上终端与接收端之间的下行链路，其中，
所述发射端和接收端设置在地面，发射端向上发射激光束，通过上行链路，经大气信道中大气湍流影响后被星上终端接收；所述星上终端向下发射激光束，通过下行链路，经大气信道中大气湍流影响后被地面接收端接收。
优选地，所述地面发射端包括串并转换器、MQAM映射器、SFBC编码器、IFFT单元、添加CP单元、LZ-MZM调制器、激光器、第一光学带通滤波器和第一发射天线阵列，其中，串并转换器、MQAM映射器、SFBC编码器、IFFT单元、添加CP单元、LZ-MZM调制器、第一光学带通滤波器和第一发射天线阵列依次连接，激光器与LZ-MZM调制器连接，IFFT单元、添加CP单元、LZ-MZM调制器、激光器和第一光学带通滤波器均设置j个，第一发射天线阵列包括j根第一发射天线。
优选地，所述星上终端包括依次连接的第一接收天线阵列、放大器、第二光学带通滤波器、光电探测器、移除CP单元、FFT单元、SFBC解码器、MQAM解映射器和并串转换器，其中，第一接收天线阵列包括i根第一接收天线，接收上行链路发送的光信号，放大器、第二光学带通滤波器、光电探测器、移除CP单元和FFT单元均设置i个。
优选地，所述星上终端还包括第二串并转换器、第二MQAM映射器、第二SFBC编码器、第二IFFT单元、第二添加CP单元、第二LZ-MZM调制器、第二激光器、第三光学带通滤波器和第二发射天线阵列，其中，第二串并转换器、第二MQAM映射器、第二SFBC编码器、第二IFFT单元、第二添加CP单元、第二LZ-MZM调制器、第三光学带通滤波器和第二发射天线阵列依次连接，第二激光器与第二LZ-MZM调制器连接，第二IFFT单元、第二添加CP单元、第二LZ-MZM调制器、第二激光器和第三光学带通滤波器均设置j个，第二发射天线阵列包括j根第二发射天线。
优选地，所述地面接收端包括依次连接的第二接收天线阵列、第二放大器、第四光学带通滤波器、第二光电探测器、第二移除CP单元、第二FFT单元、第二SFBC解码器、第二MQAM解映射器和第二并串转换器，其中，第二接收天线阵列包括i根第二接收天线，接收星上终端发送的光信号，第二放大器、第四光学带通滤波器、第二光电探测器、第二移除CP单元和第二FFT单元均设置i个。
基于上述目的，本发明还提供了一种多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信方法，包括以下步骤：
S10，地面发射端向上发射激光束，通过上行链路，经大气信道中大气湍流影响后被星上终端接收；
S20，星上终端向下发射激光束，通过下行链路，经大气信道中大气湍流影响后被地面接收端接收；
其中，S10包括以下步骤：
S11，将要发送的上行第一信号首先经过串并转换器信息流从串行转换为并行；
S12，通过MQAM映射器转换，其中进制M由分配的比特数确定，映射信号通过SFBC编码器编码后输出j块信号向量分别为S1,S2,...,Sj；
S13，对编码后的每块信号向量进行快速傅里叶逆变换IFFT、添加循环前缀CP比特，以提高系统性能；
S14，经过马赫-增德尔LZ-MZM调制器，并将其加载到激光束上进行光强度调制，将电信号转换后的光信号再用第一光学带通滤波器滤除噪声后由第一、第二、…、第j个第一发射天线发送出去，经大气信道中大气湍流影响后被星上终端接收；
S15，星上终端的i根第一接收天线分别接收地面发射端发送的j个不同路径的光信号，接收到的光信号由放大器放大后通过第二光学带通滤波器，再通过光电探测器进行光电转换，其中，第二光学带通滤波器用于限制光电探测器检测到的背景辐射噪声量；
S16，移除循环前缀CP，再进行快速傅里叶变换FFT，接着对编码信号进行SFBC解码，然后将信号经过MQAM解映射将复杂信号转换为原始位序列，再通过并串转换得到上行第二信号；
S20包括以下步骤：
S21，将要发送的下行第一信号首先经过串并转换信息流从串行转换为并行，之后通过第二MQAM映射器转换，其中进制M由分配的比特数确定；
S22，映射信号通过第二SFBC编码器，第二SFBC编码器编码后输出j块信号向量分别为S1,S2,...,Sj；
S23，对编码后的每块信号向量进行快速傅里叶逆变换IFFT、添加循环前缀CP比特以提高系统性能；
S24，经过马赫-增德尔LZ-MZM调制器，并将其加载到激光束上进行光强度调制，将电信号转换后的光信号再用第三光学带通滤波器滤除噪声后在星上终端由第一、第二、…、第j个第二发射天线发送出去，经大气信道中大气湍流影响后被地面接收端接收；
S25，地面接收端中的i根第二接收天线分别接收星上终端发送的j个不同路径的光信号，接收到的光信号由第二放大器放大后通过第四光学带通滤波器，再通过第二光电探测器进行光电转换，第四光学带通滤波器用于限制第二光电探测器检测到的背景辐射噪声量；
S26，移除循环前缀CP，再进行快速傅里叶变换FFT，接着对编码信号进行SFBC解码，然后将信号经过MQAM解映射将复杂信号转换为原始位序列，再通过并串转换得到下行第二信号；
其中，所述上行第一信号和下行第一信号为原始信号，上行第二信号和下行第二信号为原始信号受联合衰减大气信道影响后的信号。
优选地，所述第v个第一接收天线处的解调接收信号表示为：
其中yv＝(yv[0],...,yv[n-1])T，是第u个第一发射天线处的发射信号，其中N为OFDM子载波个数，q为SFBC系统的符号周期，Wv＝(Wv[0],...,Wv[N-1])T为加性高斯白噪声，Iv,u为第u个发射天线和第v个接收天线之间的信道增益矩阵。
优选地，包括指数威布尔EW分布分析，其不仅对任意湍流强度的光强概率密度具有普适性，还表征孔径平均效应的影响，EW分布的概率密度函数为：
其中，I表示辐照度强度；α＞0是一个依赖于孔径大小的形状参数，β＞0是另一个与闪烁指数相关的形状参数，η＞0是一个与平均辐照度强度值有关的比例参数，这些参数的表达式被给如下：
其中σI表示为闪烁指数，g1(α,β)被定义如下：
根据大气湍流中激光传播的马尔可夫近似和几何光学近似，可得到激光在大气中传输的到达角起伏服从瑞利分布，其概率密度表达式如下：
上式中为高斯光束在柯尔莫戈洛夫湍流下到达角起伏的方差。
优选地，所述上行链路EW分布的概率密度函数的闭合表达式为：
其中，I1为上行链路的光强，wi为到达角起伏的i点Gaussian-Hermite近似系数，<I>为平均接收光强。
优选地，所述下行链路EW分布信道模型概率密度函数的表达式为：
其中，I2为下行链路的光强。
与现有技术相比，本发明公开的多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信系统及方法，在卫星激光通信系统中引入MIMO空间分集技术，有机结合了SFBC编码技术和OFDM两种技术，有效提高了系统分集增益，提高MIMO通信系统的可靠性，进一步扩大卫星激光通信容量，减少信道的频率选择性衰落效应。有效地改善了卫星激光系统的通信性能，能进一步减少发射功率，从而降低温控难度与系统复杂度，提升系统通信时长与稳定性，具有很好的抗大气湍流能力。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明实施例多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信系统的结构示意图；
图2为本发明实施例多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信系统的发射端结构框图；
图3为本发明实施例多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信系统的星上终端的接收部分结构框图；
图4为本发明实施例多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信系统在EW分布下的上下行链路平均SNR与BER的关系仿真和蒙特卡罗验证图，(a)上行链路，(b)下行链路；
图5是本发明实施例中的多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信系统在EW分布下的上下行链路天顶角与BER的关系仿真和蒙特卡罗验证图，(a)上行链路，(b)下行链路。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
系统实施例参见图1-图3，包括发射端40、星上终端30、接收端50、发射端40与星上终端30之间的上行链路10和星上终端30与接收端50之间的下行链路20，其中，
发射端40和接收端50设置在地面，发射端40向上发射激光束，通过上行链路10，经大气信道中大气湍流影响后被星上终端30接收；星上终端30向下发射激光束，通过下行链路20，经大气信道中大气湍流影响后被接收端50接收。
参见图2，发射端40包括串并转换器11、MQAM映射器12、SFBC编码器13、IFFT单元14、添加CP单元15、LZ-MZM调制器16、激光器17、第一光学带通滤波器18和第一发射天线阵列19，其中，串并转换器11、MQAM映射器12、SFBC编码器13、IFFT单元14、添加CP单元15、LZ-MZM调制器16、第一光学带通滤波器18和第一发射天线阵列19依次连接，激光器17与LZ-MZM调制器16连接，IFFT单元14、添加CP单元15、LZ-MZM调制器16、激光器17和第一光学带通滤波器18均设置j个，第一发射天线阵列19包括j根第一发射天线。
参见图3，星上终端30包括依次连接的第一接收天线阵列21、放大器22、第二光学带通滤波器23、光电探测器24、移除CP单元25、FFT单元26、SFBC解码器27、MQAM解映射器28和并串转换器29，其中，第一接收天线阵列21包括i根第一接收天线，接收发射端40发送的光信号，放大器22、第二光学带通滤波器23、光电探测器24、移除CP单元25、FFT单元26均设置i个。
星上终端30的发射部分与发射端40同样结构，即星上终端30还包括第二串并转换器、第二MQAM映射器、第二SFBC编码器、第二IFFT单元、第二添加CP单元、第二LZ-MZM调制器、第二激光器、第三光学带通滤波器和第二发射天线阵列，其中，第二串并转换器、第二MQAM映射器、第二SFBC编码器、第二IFFT单元、第二添加CP单元、第二LZ-MZM调制器、第三光学带通滤波器和第二发射天线阵列依次连接，第二激光器与第二LZ-MZM调制器连接，第二IFFT单元、第二添加CP单元、第二LZ-MZM调制器、第二激光器和第三光学带通滤波器均设置j个，第二发射天线阵列包括j根第二发射天线。
接收端50的结构同星上终端30的接收部分，即接收端50包括依次连接的第二接收天线阵列、第二放大器、第四光学带通滤波器、第二光电探测器、第二移除CP单元、第二FFT单元、第二SFBC解码器、第二MQAM解映射器和第二并串转换器，其中，第二接收天线阵列包括i根第二接收天线，接收星上终端30发送的光信号，第二放大器、第四光学带通滤波器、第二光电探测器、第二移除CP单元和第二FFT单元均设置i个。
与上述系统对应的多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信方法，包括以下步骤：
S10，地面发射端向上发射激光束，通过上行链路，经大气信道中大气湍流影响后被星上终端接收；
S20，星上终端向下发射激光束，通过下行链路，经大气信道中大气湍流影响后被地面接收端接收；
其中，S10包括以下步骤：
S11，将要发送的上行第一信号首先经过串并转换器信息流从串行转换为并行；
S12，通过MQAM映射器转换，其中进制M由分配的比特数确定，映射信号通过SFBC编码器编码后输出j块信号向量分别为S1,S2,...,Sj；
S13，对编码后的每块信号向量进行快速傅里叶逆变换IFFT、添加循环前缀CP比特，以提高系统性能；
S14，经过马赫-增德尔LZ-MZM调制器，并将其加载到激光束上进行光强度调制，将电信号转换后的光信号再用第一光学带通滤波器滤除噪声后由第一、第二、…、第j个第一发射天线发送出去，经大气信道中大气湍流影响后被星上终端接收；
S15，星上终端的i根第一接收天线分别接收地面发射端发送的j个不同路径的光信号，接收到的光信号由放大器放大后通过第二光学带通滤波器，再通过光电探测器进行光电转换，其中，第二光学带通滤波器用于限制光电探测器检测到的背景辐射噪声量；
S16，移除循环前缀CP，再进行快速傅里叶变换FFT，接着对编码信号进行SFBC解码，然后将信号经过MQAM解映射将复杂信号转换为原始位序列，再通过并串转换得到上行第二信号；
S20包括以下步骤：
S21，将要发送的下行第一信号首先经过串并转换信息流从串行转换为并行，之后通过第二MQAM映射器转换，其中进制M由分配的比特数确定；
S22，映射信号通过第二SFBC编码器，第二SFBC编码器编码后输出j块信号向量分别为S1,S2,...,Sj；
S23，对编码后的每块信号向量进行快速傅里叶逆变换IFFT、添加循环前缀CP比特以提高系统性能；
S24，经过马赫-增德尔LZ-MZM调制器，并将其加载到激光束上进行光强度调制，将电信号转换后的光信号再用第三光学带通滤波器滤除噪声后在星上终端由第一、第二、…、第j个第二发射天线发送出去，经大气信道中大气湍流影响后被地面接收端接收；
S25，地面接收端中的i根第二接收天线分别接收星上终端发送的j个不同路径的光信号，接收到的光信号由第二放大器放大后通过第四光学带通滤波器，再通过第二光电探测器进行光电转换，第四光学带通滤波器用于限制第二光电探测器检测到的背景辐射噪声量；
S26，移除循环前缀CP，再进行快速傅里叶变换FFT，接着对编码信号进行SFBC解码，然后将信号经过MQAM解映射将复杂信号转换为原始位序列，再通过并串转换得到下行第二信号；
其中，所述上行第一信号和下行第一信号为原始信号，上行第二信号和下行第二信号为原始信号受联合衰减大气信道影响后的信号。
基于以上分析，OFDM MIMO-SFBC系统第v个接收天线处的解调接收信号可以表示为：
其中yv＝(yv[0],...,yv[n-1])T，是第u个天线处的发射信号，其中N为OFDM子载波个数，q为SFBC系统的符号周期，Wv＝(Wv[0],...,Wv[N-1])T为加性高斯白噪声，Iv,u其元素对应于第u个发射天线和第v个接收天线之间的信道增益矩阵。
在卫星激光通信中，指数威布尔(EW)分布不仅对任意湍流强度的光强概率密度具有普适性，还能表征孔径平均效应的影响。EW分布的概率密度函数为：
其中，I表示辐照度强度；α＞0是一个依赖于孔径大小的形状参数，β＞0是另一个与闪烁指数相关的形状参数，η＞0是一个与平均辐照度强度值有关的比例参数，这些参数的表达式被给如下。
其中σI表示为闪烁指数，g1(α,β)被定义如下：
根据大气湍流中激光传播的马尔可夫近似和几何光学近似，可得到激光在大气中传输的到达角起伏服从瑞利分布，其概率密度表达式如下：
上式中为高斯光束在柯尔莫戈洛夫湍流下到达角起伏的方差。
考虑到光强闪烁、光束漂移、达到角起伏三者的综合影响，推导出了星地激光通信上行链路EW分布的概率密度函数的闭合表达式为：
其中，I1为上行链路的光强，wi为到达角起伏的i点Gaussian-Hermite近似系数，<I>为平均接收光强。
同理在下行链路中，考虑到光强闪烁、到达角起伏的综合影响，推导出了EW分布信道模型概率密度函数的表达式为：
其中，I2为下行链路的光强。
在卫星激光通信系统中，当相干OFDM发射子载波采用M-QAM映射时，利用指数界限近似方法和矩量母函数(MGF)可得到SFBC系统的近似误码率表达式：
上式中，B是带宽，T是OFDM的符号周期，N是子载波的数量，M是星座点映射系数。
基于OFDM MIMO-SFBC系统，在不失一般性，发射信号能量相同，接收端采用EGC方式合并接收信号，系统的输出信噪比可表示为：
上式中，是平均SNR，γk为每条接SISO链路的信噪比，nT是发射天线的数量，nR是接收天线的数量，Iij是第i个接收天线与第j个发射天线之间的瞬时信道衰落系数。
先计算γk的矩量母函数(MGF)，采用SFBC上行链路γk的概率密度函数被推导如下：
则γk的MGF可表示为
利用广义高斯-拉盖尔求积函数等式能被改写为：
在上式中，am是广义拉盖尔多项式的第m个根。
因此，可以得到γ的MGF:
最后，推导出OFDM MIMO-SFBC上行卫星激光通信系统的近似误码率表达式：
同理，可推导出OFDM MIMO-SFBC下行卫星激光通信系统的近似误码率表达式：
为了验证本发明所提出的一种OFDM MIMO-SFBC卫星激光通信方法，先通过数值仿真进行验证，并且使用蒙特卡罗方法验证数据仿真结果的正确性。基于上述理论分析和公式推导，本发明在EW分布大气信道模型下，对卫星激光通信OFDM MIMO-SFBC系统性能进行仿真，并且与STBC作对比分析，OFDM采用64-QAM进行映射，选取的仿真参数总结在表1中。
表1卫星激光通信系统仿真参数
图4(a)和(b)分别展现了卫星激光通信上行链路和下行链路平均SNR与BER的关系。无论在上行链路还是下行链路，BER都随着平均SNR的增大而降低。SISO SFBC方案的BER明显高于2×2STBC方案，2×2SFBC方案的BER则低于2×2STBC方案。与上述其他两种方案相比，2×2SFBC方案的BER表现最好,且在下行链路表现的更为明显。为了达到10-5通信系统最低BER要求，在上行链路1×1SFBC方案和2×2SFBC方案需要的平均SNR分别为69dB，31dB，然而2×2STBC方案需要的平均SNR为33dB。在下行链路1×1SFBC方案和2×2SFBC方案需要的平均SNR分别为53dB，25dB，但是2×2STBC方案需要的平均SNR为27dB。为了达到相同的误码率，在相同的通信条件下，无论是在上行链路还是在下行链路，SFBC方案所需的平均SNR都比STBC方案低，且利用MIMO技术能显著降低系统所需平均SNR。那意味着MIMO-SFBC技术能降低发射端发射功率，从而降低系统复杂度与温控的难度。最后，所有的实验数据都经过了蒙德卡罗方法验证。
图5(a)和(b)分别展现了卫星激光通信上行链路和下行链路天顶角与BER的关系。天顶角是星地激光通信中特有的参数，能影响大气湍流结构常数。从图5(a)中能看出，MIMO-SFBC系统BER随着天顶角的增大而增大，并且在相同天顶角下随着发射天线的增多而降低。此外，在天顶角较小时，发射天线的增多对系统BER性能影响较大。当系统BER为10-5时，1×2SFBC、2×2SFBC、3×2SFBC系统所需天顶角分别为34°、53°、62°。由此可见，3×2SFBC系统能获得较大的天顶角。在下行链路要达到相同的BER，2×1SFBC、2×2SFBC、2×3SFBC系统所需天顶角分别为2°、55°、67°。因此，在同一BER下，收发天线的增多能增大SFBC系统的天顶角。大的天顶角会增加单颗卫星的覆盖范围，从而降低通信成本。
研究结果表明，在卫星激光通信系统中引入MIMO空间分集技术，有机结合了SFBC编码技术和OFDM两种技术，有效提高了系统分集增益，提高MIMO通信系统的可靠性，进一步扩大卫星激光通信容量、减少信道的频率选择性衰落效应。有效地改善了卫星激光系统的通信性能，能进一步减少发射功率，从而降低温控难度与系统复杂度，提升系统通信时长与稳定性，具有很好的抗大气湍流能力。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均在本发明要求的保护范围之内。
以上对本发明进行了详细的说明，但本发明的具体实现形式并不局限于此。在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以做出各种修改或改型。

Claims (2)

1.一种多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信方法，其特征在于，基于的多发多收空频分组码OFDM卫星激光通信系统包括发射端、星上终端、接收端、发射端与星上终端之间的上行链路和星上终端与接收端之间的下行链路，其中，
所述发射端和接收端设置在地面，发射端向上发射激光束，通过上行链路，经大气信道中大气湍流影响后被星上终端接收；所述星上终端向下发射激光束，通过下行链路，经大气信道中大气湍流影响后被地面接收端接收；
所述发射端包括串并转换器、MQAM映射器、SFBC编码器、IFFT单元、添加CP单元、LZ-MZM调制器、激光器、第一光学带通滤波器和第一发射天线阵列，其中，串并转换器、MQAM映射器、SFBC编码器、IFFT单元、添加CP单元、LZ-MZM调制器、第一光学带通滤波器和第一发射天线阵列依次连接，激光器与LZ-MZM调制器连接，IFFT单元、添加CP单元、LZ-MZM调制器、激光器和第一光学带通滤波器均设置j个，第一发射天线阵列包括j根第一发射天线；
所述星上终端包括依次连接的第一接收天线阵列、放大器、第二光学带通滤波器、光电探测器、移除CP单元、FFT单元、SFBC解码器、MQAM解映射器和并串转换器，其中，第一接收天线阵列包括i根第一接收天线，接收上行链路发送的光信号，放大器、第二光学带通滤波器、光电探测器、移除CP单元和FFT单元均设置i个；
所述星上终端还包括第二串并转换器、第二MQAM映射器、第二SFBC编码器、第二IFFT单元、第二添加CP单元、第二LZ-MZM调制器、第二激光器、第三光学带通滤波器和第二发射天线阵列，其中，第二串并转换器、第二MQAM映射器、第二SFBC编码器、第二IFFT单元、第二添加CP单元、第二LZ-MZM调制器、第三光学带通滤波器和第二发射天线阵列依次连接，第二激光器与第二LZ-MZM调制器连接，第二IFFT单元、第二添加CP单元、第二LZ-MZM调制器、第二激光器和第三光学带通滤波器均设置j个，第二发射天线阵列包括j根第二发射天线；
所述接收端包括依次连接的第二接收天线阵列、第二放大器、第四光学带通滤波器、第二光电探测器、第二移除CP单元、第二FFT单元、第二SFBC解码器、第二MQAM解映射器和第二并串转换器，其中，第二接收天线阵列包括i根第二接收天线，接收星上终端发送的光信号，第二放大器、第四光学带通滤波器、第二光电探测器、第二移除CP单元和第二FFT单元均设置i个方法包括以下步骤：
S10，地面的发射端向上发射激光束，通过上行链路，经大气信道中大气湍流影响后被星上终端接收；
S20，星上终端向下发射激光束，通过下行链路，经大气信道中大气湍流影响后被地面的接收端接收；
其中，S10包括以下步骤：
S11，将要发送的上行第一信号首先经过串并转换器信息流从串行转换为并行；
S12，通过MQAM映射器转换，其中进制M由分配的比特数确定，映射信号通过SFBC编码器编码后输出j块信号向量分别为S1,S2,...,Sj；
S13，对编码后的每块信号向量进行快速傅里叶逆变换IFFT、添加循环前缀CP比特，以提高系统性能；
S14，经过马赫-增德尔LZ-MZM调制器，并将其加载到激光束上进行光强度调制，将电信号转换后的光信号再用第一光学带通滤波器滤除噪声后由第一、第二、…、第j个第一发射天线发送出去，经大气信道中大气湍流影响后被星上终端接收；
S15，星上终端的i根第一接收天线分别接收地面发射端发送的j个不同路径的光信号，接收到的光信号由放大器放大后通过第二光学带通滤波器，再通过光电探测器进行光电转换，其中，第二光学带通滤波器用于限制光电探测器检测到的背景辐射噪声量；
S16，移除循环前缀CP，再进行快速傅里叶变换FFT，接着对编码信号进行SFBC解码，然后将信号经过MQAM解映射将复杂信号转换为原始位序列，再通过并串转换得到上行第二信号；
S20包括以下步骤：
S21，将要发送的下行第一信号首先经过串并转换信息流从串行转换为并行，之后通过第二MQAM映射器转换，其中进制M由分配的比特数确定；
S22，映射信号通过第二SFBC编码器，第二SFBC编码器编码后输出j块信号向量分别为S1,S2,...,Sj；
S23，对编码后的每块信号向量进行快速傅里叶逆变换IFFT、添加循环前缀CP比特以提高系统性能；
S24，经过马赫-增德尔LZ-MZM调制器，并将其加载到激光束上进行光强度调制，将电信号转换后的光信号再用第三光学带通滤波器滤除噪声后在星上终端由第一、第二、…、第j个第二发射天线发送出去，经大气信道中大气湍流影响后被地面接收端接收；
S25，地面的接收端中的i根第二接收天线分别接收星上终端发送的j个不同路径的光信号，接收到的光信号由第二放大器放大后通过第四光学带通滤波器，再通过第二光电探测器进行光电转换，第四光学带通滤波器用于限制第二光电探测器检测到的背景辐射噪声量；
S26，移除循环前缀CP，再进行快速傅里叶变换FFT，接着对编码信号进行SFBC解码，然后将信号经过MQAM解映射将复杂信号转换为原始位序列，再通过并串转换得到下行第二信号；
其中，所述上行第一信号和下行第一信号为原始信号，上行第二信号和下行第二信号为原始信号受联合衰减大气信道影响后的信号；
所述第v个第一接收天线处的解调接收信号表示为：
其中yv＝(yv[0],...,yv[n-1])T，是第u个第一发射天线处的发射信号，其中N为OFDM子载波个数，q为SFBC系统的符号周期，Wv＝(Wv[0],...,Wv[N-1])T为加性高斯白噪声，Iv,u为第u个发射天线和第v个接收天线之间的信道增益矩阵；
包括指数威布尔EW分布分析，其不仅对任意湍流强度的光强概率密度具有普适性，还表征孔径平均效应的影响，EW分布的概率密度函数为：
其中，I表示辐照度强度；α>0是一个依赖于孔径大小的形状参数，β>0是另一个与闪烁指数相关的形状参数，η>0是一个与平均辐照度强度值有关的比例参数，这些参数的表达式如下：
其中，σI表示闪烁指数，g1(α,β)被定义如下：
根据大气湍流中激光传播的马尔可夫近似和几何光学近似，可得到激光在大气中传输的到达角起伏服从瑞利分布，其概率密度表达式如下：
上式中为高斯光束在柯尔莫戈洛夫湍流下到达角起伏的方差；
所述上行链路EW分布的概率密度函数的闭合表达式为：
其中，I1为上行链路的光强，wi为到达角起伏的i点Gaussian-Hermite近似系数，<I>为平均接收光强。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下行链路EW分布信道模型概率密度函数的表达式为：
其中，I2为下行链路的光强。
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