內容簡介
     正交頻分復用是多載波通信的一種,可以提高光通信的頻譜效率,抑製信道乾擾。
  《無綫光正交頻分復用原理及應用》論述無綫光通信中的正交頻分復用理論及應用,係統介紹無綫光通信中的正交頻分復用傳輸體係,對光正交頻分復用涉及的高峰均比、時間同步、信道估計及信道分配進行深入係統分析;對大氣湍流及大氣環境對正交頻分復用信號的影響進行詳細分析,對比分析光正交頻分復用抑製大氣湍流的特性。通過數值仿真及實驗驗證相關理論,觸及本領域的新進展。
  《無綫光正交頻分復用原理及應用》可以作為電子信息、計算機及通信工程專業高年級本科生、研究生以及相關領域的科學技術工作者的參考用書。     
作者簡介
     柯熙政,1962年10月齣生,博士,教授。博士生導師。陝西省教學名師、陝西省學位委員會學科評議組成員、國傢科技奬勵評審專傢、教育部、科技部和廣東省“優秀企業科技特派員”、揚州市“綠揚金鳳”創新領軍人纔。獲中國科學院研究生院長奬學金和中國科學院“盈科”優秀青年學者奬。
  柯熙政教授主要從事無綫光通信理論與技術領域的研究工作。曾主持國傢自然科學基金項目、軍隊863計劃項目、陝西省重點産業創新鏈等科研項目20餘項。作為首發明人授權中國發明專利20餘項、發錶論文被SCI、EI女錄200餘篇、在科學齣版社齣版學術著作6部。作為首完成人獲省部級科技奬勵10項,其中一等奬1項,二等奬4項。     
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          目錄
   前言
第1章 緒論
1.1 無綫光通信技術的發展
1.2 光波在大氣湍流中的傳輸研究進展
1.3 脈衝調製、副載波調製與無綫光正交頻分復用
1.3.1 脈衝調製的國內外研究現狀
1.3.2 副載波調製的國內外研究現狀
1.3.3 FSO-OFDM的提齣
1.4 FSO-OFDM的特點
1.4.1 OFDM的優點
1.4.2 FSO-OFDM的特點
1.4.3 RFOFDM與FSO-OFDM的區彆
1.4.4 FSO-OFDM亟待解決的問題
1.5 FSO-OFDM中的關鍵技術
參考文獻
第2章 副載波調製技術
2.1 副載波調製
2.1.1 副載波調製信號的産生與檢測
2.1.2 BPSK副載波調製的差錯率
2.1.3 FSK副載波調製的差錯率
2.1.4 MPSK與MQAM副載波調製的差錯率
2.1.5 副載波調製性能分析
2.2 NC類正弦OPSK調製
2.2.1 NC類正弦QPSK調製原理
2.2.2 NC類正弦類QPSK調製性能分析
2.3 16PSK調製原理及仿真
2.3.1 MPSK信號的矢量錶示
2.3.2 16PSK信號的調製方式
2.3.3 16PSK調製解調性能分析
2.3.4 16PSK副載波調製實驗結果分析
2.4 64QAM調製與解調
2.4.1 64QAM係統的基本原理
2.4.2 64QAM信號調製解調仿真分析
2.4.3 仿真及實驗結果分析
2.4.4 64QAM副載波調製實驗結果分析
2.5 小結
參考文獻
第3章 半導體激光器的非綫性特性及其修正
3.1 半導體激光器
3.1.1 半導體激光器的工作原理
3.1.2 半導體激光器的分類
3.1.3 半導體激光器的基本特性
3.2 半導體激光器的非綫性特性
3.2.1 動態非綫性
3.2.2 靜態非綫性
3.2.3 半導體激光器的靜態模型
3.2.4 半導體激光器的綫性化
3.3 副載波調製中的激光器非綫性互調失真.
3.3.1 激光器的非綫性互調失真
3.3.2 副載波調製的非綫性互調失真特性
3.4 半導體激光器功率控製
3.4.1 溫度對半導體激光器的影響
3.4.2 功率控製係統
3.5 小結
參考文獻
第4章 FSO-OFDM係統
4.1 0FDM係統原理
4.1.1 OFDM信號的數學模型
4.1.2 由DFT實現OFDM
4.2 OFDM頻率漂移與相位噪聲
4.2.1 頻率漂移對OFDM的影響
4.2.2 OFDM係統的相位噪聲
4.3 FSO-OFDM係統結構
4.3.1 直流偏置OFDM係統
4.3.2 限幅OFDM係統
4.3.3 非限幅OFDM係統
4.3.4 FSO-OFDM信號的解調
4.4 OFDM的信號結構
4.4.1 保護間隔和循環前綴
4.4.2 過采樣
4.4.3 加窗
4.5 FSO-OFDM信號的噪聲特性
4.5.1 乘性噪聲
4.5.2 混閤噪聲
4.5.3 FSO-OFDM實驗研究
4.6 小結
參考文獻
第5章 大氣信道
5.1 激光傳輸中的大氣散射與大氣衰減
5.1.1 大氣散射
5.1.2 大氣衰減
5.2 激光在大氣湍流中的傳輸
5.2.1 大氣湍流的統計特性
5.2.2 大氣湍流對激光傳輸的影響
5.3 大氣湍流模型
5.3.1 log-normal湍流模型
5.3.2 Gamma-Gamma湍流模型
5.3.3 負指數分布湍流模型
5.3.4 湍流信道性能分析
5.4 大氣色散及其對光信號傳輸的影響
5.4.1 大氣中光的色散
5.4.2 光脈衝在大氣湍流中的傳播
5.4.3 連續波在大氣湍流中的傳播
5.5 大氣色散對OFDM信號的影響
5.5.1 對FSO-OFDM係統誤碼率的理論分析
5.5.2 脈衝時延對係統速率的限製
5.5.3 Gamma-Gamma信道對信號傳輸的影響-
5.6 雨對光信號傳輸的影響
5.6.1 接收光強均值
5.6.2 相乾場和非相乾場的統計特性
5.6.3 非相乾場的頻譜特性和方差
5.7 小結
參考文獻
第6章 OFDM係統的同步技術
6.1 OFDM中的時間同步
6.2 同步偏差對OFDM係統性能的影響
6.2.1 符號定時偏差對係統性能的影響
6.2.2 載波頻率偏差對係統性能的影響
6.2.3 抽樣時鍾偏差對係統性能的影響
6.2.4 OFDM的同步算法原理
6.3 FSO-OFDM係統符號同步
6.3.1 傳統的符號同步算法
6.3.2 改進的同步算法
6.4 頻率同步算法
6.4.1 載波頻率偏差估計算法
6.4.2 基於循環前綴的最大似然同步算法
6.4.3 ML算法改進
6.5 小結
參考文獻
第7章 FSO-OFDM調製係統中的峰均比
7.1 峰均比的定義及統計特性
7.1.1 峰均比的定義
7.1.2 峰均比的統計特性
7.1.3 高峰均比産生的原因及後果
7.2 降低峰均比的方法
7.2.1 限幅類技術
7.2.2 編碼類技術
7.2.3 概率類技術
7.3 降低OFDM係統中峰均比的概率類方法
7.3.1 部分傳輸序列方法
7.3.2 選擇性映射方法
7.3.3 信道仿真分析
7.3.4 實驗結果分析
7.4 降低峰均比的編碼類技術
7.4.1 幾種分組編碼方法
7.4.2 基於Golay互補序列和RM碼的編譯碼算法
7.5 小結
參考文獻
第8章 信道估計與信道分配
8.1 無綫光OFDM信道估計
8.1.1 信道估計的分類
8.1.2 基於LS準則的信道估計算法
8.1.3 基於MMSE準則的信道估計算法
8.2 粒子濾波算法
8.2.1 貝葉斯估計方法
8.2.2 濛特卡羅方法
8.2.3 粒子濾波算法原理
8.2.4 粒子濾波算法存在的主要問題
8.2.5 基於粒子濾波的大氣激光OFDM係統信道估計
8.3 基於導頻輔助信道估計算法
8.3.1 衰落信道對OFDM信號的影響
8.3.2 基於頻域導頻的信道估計算法
8.3.3 基於時域訓練序列的信道估計算法
8.4 單用戶FSO-OFDM信道分配
8.4.1 注水算法
8.4.2 自適應比特功率分配算法
8.4.3 改進的自適應比特功率分配算法
8.4.4 仿真結果分析
8.5 多用戶FSO-OFDM自適應信道分配
8.5.1 多用戶自適應FSO-OFDM係統原理
8.5.2 幾種多用戶自適應算法
8.5.3 改進算法
8.6 小結
參考文獻      
前言/序言
     交通、能源與通信被稱為現代社會發展的三大基礎結構。射頻通信在現代社會中已經獲得瞭重要的應用,而光通信涉及的應用領域也越來越廣泛。光通信包括光縴通信與無綫光通信。光縴通信與傳統的電纜通信相對應,是一種有綫通信;無綫光通信與微波及射頻通信相對應,無綫光通信既具有光縴通信的帶寬,又具有微波通信的靈活性,更重要的是無綫光通信無頻譜管製,具有保密性好、通信容量大、成本較低、安裝方便、組網靈活、抗電磁乾擾能力強等優點。無綫光通信包括無綫激光通信、紫外光通信以及可見光通信,可用於衛星之間、星地之間以及室內可見光通信。大氣湍流以及大氣信道乾擾是無綫光通信不得不麵對的問題。抑製大氣湍流及大氣環境對無綫光通信的影響,是人們亟待解決的難題。為瞭最大限度地逼近無綫光信道的容量,人們在無綫光通信中引入光正交頻分復用(OFDM)傳輸,以期提高光傳輸的頻譜效率並抑製大氣湍流與大氣環境乾擾。本書闡述無綫光正交頻分復用(freespaceopticalOFDM,FSO-OFDM)的原理及若乾應用,並通過數值分析與通信實驗驗證瞭相關理論。
  從2002年起,作者先後承擔瞭兩項國傢自然科學基金麵上項目(60977054、61377080)、兩項陝西省重大科技項目、陝西省科技廳自然科學基金項目、西安市科技局項目以及國傢科技創新基金項目等。作者對無綫光通信領域涉及的問題進行瞭係統深入的研究,先後獲得20多項無綫光通信領域的發明專利,獲得省部級科技奬勵10項,其中一等奬1項,二等奬4項。
  全書共8章,首先對無綫光通信的研究進展進行係統深入的分析,闡明開展無綫光OFDM傳輸的重要性以及益處;接著對信源編碼進行討論,隨之闡明無綫光OFDM體係,通過數值仿真說明無綫光OFDM的特點;對無綫OFDM存在的高峰均比、時間同步、信道估計與信道分配進行理論分析與數值仿真。書中通過數值仿真與通信實驗驗證無綫光OFDM係統的性能及相關算法的可行性。    
				
 
				
				
					《光信號傳輸的奧秘:解碼與駕馭》  內容簡介:  本書並非一本專注於無綫光通信領域的教科書,而是從更宏觀、更基礎的視角,深入探討瞭各類光信號在不同傳輸介質中傳播時的物理原理、關鍵技術及其在現代通信係統中的廣泛應用。我們旨在揭示光信號傳輸的本質,為讀者構建一個紮實的理論框架,並引介與之相關的創新實踐,使其能夠理解並應對未來光通信領域麵臨的挑戰。  第一章:光信號的誕生與基礎  本章將從光的波動性和粒子性這一基本概念齣發,闡述光信號是如何産生的。我們將迴顧經典電磁理論中關於光波的傳播特性,包括其頻率、波長、振幅和相位等參數的定義及其相互關係。隨後,我們將引入半導體發光原理,如LED和激光二極管(LD)的pn結發光機理,以及半導體激光器的增益機製和受激輻射過程。在半導體材料的選擇上,我們將簡要介紹不同禁帶寬度的材料如何決定光的發射波長,並提及摻雜對發光效率的影響。  接著,本章將詳細介紹光的調製技術。我們將區分模擬調製和數字調製,並著重講解數字調製的基本概念,如幅度鍵控(ASK)、頻率鍵控(FSK)和相位鍵控(PSK)。我們將深入分析這些基本調製方式的原理,包括載波信號的哪個參數被信息信號所改變,以及如何通過解調過程恢復原始信息。此外,我們將引入更高級的調製技術,如正交幅度調製(QAM),解析其將幅度和相位同時用於信息編碼的優勢,並簡要介紹其不同階數的原理(如QPSK、16-QAM、64-QAM等)及其對數據傳輸速率的影響。  第二章:光信號在介質中的傳播行為  光信號在傳輸過程中,會受到多種因素的影響,本章將對此進行深入剖析。首先,我們將探討光縴通信作為一種主流的光信號傳輸方式。我們將詳細介紹光縴的結構,包括縴芯和包層,以及它們為何能夠實現全內反射,從而引導光信號沿著光縴傳播。我們將深入講解全內反射的原理,包括摺射率的定義、斯涅爾定律以及臨界角的概念。  隨後,我們將分析光縴中存在的主要損耗機製。這包括吸收損耗,即光信號在傳輸介質中被材料吸收而轉化為熱能;散射損耗,特彆是瑞利散射,它是由於介質內部微小密度不均勻性導緻的光能量嚮各個方嚮的散射;以及彎麯損耗,包括宏彎損耗(由光縴的大麯率引起)和微彎損耗(由光縴的微小不規則形變引起)。我們將討論這些損耗如何影響光信號的傳輸距離和質量。  除瞭損耗,色散也是影響光信號傳輸的關鍵因素。本章將詳細介紹不同類型的色散。首先是材料色散,它是由於不同波長的光在介質中的傳播速度不同而引起的;其次是波導色散,它是由於不同波長的光在光縴波導結構中傳播的模式不同而引起的。我們將分析材料色散和波導色散如何相互作用,以及它們如何導緻脈衝展寬,從而限製數據傳輸速率。此外,我們還將簡要提及偏振模色散(PMD)及其對高速傳輸的影響。  第三章:光信號的接收與檢測  當光信號經過長距離傳輸後,其能量會衰減,並且可能受到噪聲的乾擾。本章將聚焦於光信號的接收端,闡述如何有效地檢測並恢復這些微弱的信號。我們將詳細介紹各種光電探測器的基本工作原理。首先是光電二極管(PD),我們將分析其光電轉換機製,以及其內部的pn結如何在外加電壓下産生光電流。我們還將討論不同類型光電二極管的特性,如PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD)。  APD因其內部增益機製,在接收微弱光信號時具有顯著優勢。本章將詳細解析APD的倍增效應,即光生載流子在電場作用下産生二次載流子,從而實現信號的放大。我們將討論APD的倍增因子、噪聲係數以及其在不同工作條件下的性能錶現。  除瞭探測器本身的特性,接收電路的設計對於信號的有效恢復至關重要。我們將探討跨阻放大器(TIA)在光接收模塊中的作用,它如何將探測器産生的光電流轉換為電壓信號,並分析其帶寬、增益和噪聲特性。隨後,我們將引入濾波器在信號處理中的作用,解釋如何利用低通濾波器和匹配濾波器來抑製噪聲,並優化信號的信噪比(SNR)。  第四章:光信號處理與增強技術  為瞭剋服傳輸過程中的損耗和失真,以及提高係統的性能,各種光信號處理和增強技術應運而生。本章將重點介紹這些關鍵技術。  首先,我們將深入探討光放大器。我們將詳細介紹摻鉺光縴放大器(EDFA)的工作原理,包括其泵浦機製、能量傳遞過程以及三能級體係模型。我們將分析EDFA在C波段和L波段的放大特性,以及其在長距離光通信係統中的關鍵作用。此外,我們還將簡要介紹其他類型光放大器,如半導體光放大器(SOA)及其應用場景。  接著,我們將討論光信號的再生技術。與傳統的電再生相比,光再生技術避免瞭光電轉換,具有更高的效率和更低的損耗。我們將介紹其中幾種具有代錶性的光再生技術,如基於非綫性光學效應的再生器,以及基於光開關的再生方案。  為瞭應對色散帶來的挑戰,本章還將介紹色散補償技術。我們將詳細講解色散補償光縴(DCF)的原理,它如何通過其負色散特性來抵消傳輸光縴的色散。此外,我們還將介紹光柵補償器和可調諧色散補償器等技術,分析它們各自的優缺點和適用範圍。  第五章:光信號在現代通信網絡中的應用  本章將跳齣單點傳輸的範疇,將視角轉嚮光信號在宏大的通信網絡中所扮演的角色。我們將深入探討光信號在各種通信基礎設施中的核心地位。  首先,我們將介紹光縴到戶(FTTH)技術。我們將分析FTTH的架構,包括光網絡單元(ONU)和光綫路終端(OLT)的作用,以及無源光網絡(PON)技術,如GPON和EPON的原理。我們將闡述FTTH如何通過利用光信號的寬帶特性,為傢庭用戶提供高速互聯網接入。  其次,我們將探討數據中心光通信。數據中心內部需要傳輸海量的數據,光信號憑藉其高帶寬和低延遲的優勢,成為連接服務器、交換機和存儲設備的首選。我們將分析數據中心光互連的挑戰,以及針對這些挑戰開發的光模塊和光互連解決方案。  此外,我們還將簡要介紹光信號在其他領域的應用,例如城域網(MAN)和長途骨乾網的建設。我們將討論如何利用波分復用(WDM)技術,在單根光縴中傳輸多個不同波長的光信號,從而極大地提高光縴的傳輸容量。我們將區分波分復用(WDM)、粗波分復用(CWDM)和密集波分復用(DWDM)的原理和應用差異。  第六章:麵嚮未來的光信號傳輸  光信號傳輸技術仍在不斷發展,本章將展望未來。我們將探討下一代光通信技術的發展趨勢,包括更高階的調製格式,如PAM4等,以及超高光譜效率的傳輸技術。我們將討論空分復用(SDM)技術,即利用光縴中多個空間模式來提高傳輸容量。  同時,本章還將關注光信號處理的智能化和軟件定義化。我們將探討如何利用機器學習和人工智能技術來優化光網絡的性能,實現更靈活的網絡管理和更快的故障檢測。最後,我們將簡要提及光計算和光互感等前沿領域,這些領域都離不開對光信號的深入理解和精確控製。  本書目標讀者:  本書麵嚮所有對光信號傳輸原理及其在現代通信係統中應用感興趣的讀者。這包括但不限於通信工程、電子工程、物理學等相關專業的本科生、研究生、研究人員以及從事通信技術相關工作的工程師。即使您並非光通信領域的專業人士,本書也將為您提供一個清晰、易懂的學習路徑,幫助您掌握光信號傳輸的核心知識。  本書特點:     理論與實踐相結閤: 本書在深入闡述理論原理的同時,也引介瞭實際應用中的關鍵技術和解決方案。    由淺入深: 從基礎概念齣發,逐步深入到復雜的原理和技術,適閤不同知識背景的讀者。    內容全麵: 覆蓋光信號的産生、傳輸、接收、處理及應用等各個方麵。    語言通俗易懂: 避免使用過於晦澀的專業術語,力求清晰地解釋復雜概念。    結構清晰: 各章節之間邏輯嚴謹,內容遞進,便於讀者理解和掌握。  我們相信,通過本書的學習,您將能夠更深刻地理解光信號傳輸的奧秘,並對未來的通信技術發展有更清晰的認識。