湍流信道上MIMO自由空间光系统的遍历容量

自由空间光(FSO)通信可利用巨大的免许可光频谱和低运营成本实现高容量。针对湍流信道上FSO系统的相应性能分析非常有限，尤其是在发射端与接收端均采用多孔径时。本文旨在提供大气湍流引起衰落信道上多输入多输出(MIMO) FSO系统的遍历容量刻画。由大气条件扭曲的光信道辐照度波动通常用伽马-伽马($\Gamma \Gamma$)分布描述，而对MIMO光链路建模需要$\Gamma \Gamma$随机变量(RVs)之和的分布。我们使用$\alpha$-$\mu$分布，通过基于矩的估计量来高效近似独立同分布$\Gamma\Gamma$ RVs之和的概率密度函数(PDF)。此外，独立但未必同分布的$\Gamma \Gamma$ RVs之和的PDF可通过$\Gamma \Gamma$分布PDF的有限加权和来高效近似。基于这些可靠近似，推导出了MIMO FSO系统遍历容量的新颖且精确的分析表达式。另外，我们推导了高信噪比区间下的渐近简化表达式，为系统参数对遍历容量的影响提供了有益见解。最后，我们通过蒙特卡洛仿真验证了所提出的结果。