无线光正交频分复用原理及应用 柯熙政 9787030550880 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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柯熙政 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030550880

商品编码：29524614646

包装：平装

出版时间：2018-05-01

基本信息

书名:无线光正交频分复用原理及应用

定价：138.00元

售价：113.2元,便宜24.8元,折扣82

作者:柯熙政

出版社：科学出版社

出版日期：2018-05-01

ISBN：9787030550880

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版次：31

装帧：平装

开本：

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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光通信,无线电通信

内容提要

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正交频分复用是多载波通信的一种，可以提高光通信的频谱效率，抑制信道干扰。《无线光正交频分复用原理及应用》论述无线光通信中的正交频分复用理论及应用, 系统介绍无线光通信中的正交频分复用传输体系，对光正交频分复用涉及的高峰均比、时间同步、信道估计及信道分配进行深入系统分析；对大气湍流及大气环境对正交频分复用信号的影响进行详细分析，对比分析光正交频分复用抑制大气湍流的特性。通过数值仿真及实验验证相关理论，触及本领域的**进展。

目录

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目录
前言
章 绪论 1
1.1 无线光通信技术的发展 1
1.2 光波在大气湍流中的传输研究进展 3
1.3 脉冲调制、副载波调制与无线光正交频分复用 5
1.3.1 脉冲调制的外研究现状 5
1.3.2 副载波调制的外研究现状 9
1.3.3 FSO-OFDM的提出 9
1.4 FSO-OFDM的特点 12
1.4.1 OFDM的优点 12
1.4.2 FSO-OFDM的特点 13
1.4.3 RF OFDM与FSO-OFDM的区别 14
1.4.4 FSO-OFDM亟待解决的问题 14
1.5 FSO-OFDM中的关键技术 15
参考文献 17
第2章 副载波调制技术 26
2.1 副载波调制 26
2.1.1 副载波调制信号的产生与检测 26
2.1.2 BPSK副载波调制的差错率 27
2.1.3 FSK副载波调制的差错率 30
2.1.4 MPSK与MQAM副载波调制的差错率 31
2.1.5 副载波调制性能分析 32
2.2 NC类正弦QPSK调制 35
2.2.1 NC类正弦QPSK调制原理 35
2.2.2 NC类正弦类QPSK调制性能分析 38
2.3 16PSK调制原理及仿真 49
2.3.1 MPSK信号的矢量表示 50
2.3.2 16PSK信号的调制方式 51
2.3.3 16PSK调制解调性能分析 53
2.3.4 16PSK副载波调制实验结果分析 59
2.4 64QAM调制与解调 66
2.4.1 64QAM系统的基本原理 66
2.4.2 64QAM信号调制解调仿真分析 71
2.4.3 仿真及实验结果分析 74
2.4.4 64QAM副载波调制实验结果分析 84
2.5 小结 87
参考文献 88
第3章 半导体激光器的非线性特性及其修正 91
3.1 半导体激光器 91
3.1.1 半导体激光器的工作原理 92
3.1.2 半导体激光器的分类 93
3.1.3 半导体激光器的基本特性 93
3.2 半导体激光器的非线性特性 97
3.2.1 动态非线性 97
3.2.2 静态非线性 102
3.2.3 半导体激光器的静态模型 103
3.2.4 半导体激光器的线性化 108
3.3 副载波调制中的激光器非线性互调失真 116
3.3.1 激光器的非线性互调失真 116
3.3.2 副载波调制的非线性互调失真特性 121
3.4 半导体激光器功率控制 131
3.4.1 温度对半导体激光器的影响 131
3.4.2 功率控制系统 133
3.5 小结 139
参考文献 139
第4章 FSO-OFDM系统 143
4.1 OFDM系统原理 143
4.1.1 OFDM信号的数学模型 144
4.1.2 由DFT实现OFDM145
4.2 OFDM频率漂移与相位噪声 147
4.2.1 频率漂移对OFDM的影响 148
4.2.2 OFDM系统的相位噪声 149
4.3 FSO-OFDM系统结构 151
4.3.1 直流偏置OFDM系统 153
4.3.2 限幅OFDM系统 154
4.3.3 非限幅OFDM系统 154
4.3.4 FSO-OFDM信号的解调 155
4.4 OFDM的信号结构 155
4.4.1 保护间隔和循环前缀 155
4.4.2 过采样 158
4.4.3 加窗 159
4.5 FSO-OFDM信号的噪声特性 159
4.5.1 乘性噪声 160
4.5.2 混合噪声 160
4.5.3 FSO-OFDM实验研究 167
4.6 小结 169
参考文献 169
第5章 大气信道 171
5.1 激光传输中的大气散射与大气衰减 171
5.1.1 大气散射 171
5.1.2 大气衰减 172
5.2 激光在大气湍流中的传输 174
5.2.1 大气湍流的统计特性 174
5.2.2 大气湍流对激光传输的影响 178
5.3 大气湍流模型 179
5.3.1 log-normal湍流模型 180
5.3.2 Gamma-Gamma湍流模型 183
5.3.3 负指数分布湍流模型 187
5.3.4 湍流信道性能分析 188
5.4 大气色散及其对光信号传输的影响 193
5.4.1 大气中光的色散 193
5.4.2 光脉冲在大气湍流中的传播 197
5.4.3 连续波在大气湍流中的传播 201
5.5 大气色散对OFDM信号的影响 203
5.5.1 对FSO-OFDM系统误码率的理论分析 203
5.5.2 脉冲时延对系统速率的限制 205
5.5.3 Gamma-Gamma信道对信号传输的影响 211
5.6 雨对光信号传输的影响 217
5.6.1 接收光强均值 218
5.6.2 相干场和非相干场的统计特性 221
5.6.3 非相干场的频谱特性和方差 223
5.7 小结 226
参考文献 227
第6章 OFDM系统的同步技术 231
6.1 OFDM中的时间同步 231
6.2 同步偏差对OFDM系统性能的影响 232
6.2.1 符号定时偏差对系统性能的影响 232
6.2.2 载波频率偏差对系统性能的影响 234
6.2.3 抽样时钟偏差对系统性能的影响 236
6.2.4 OFDM的同步算法原理 236
6.3 FSO-OFDM系统符号同步 239
6.3.1 传统的符号同步算法 240
6.3.2 改进的同步算法 244
6.4 频率同步算法 250
6.4.1 载波频率偏差估计算法 250
6.4.2 基于循环前缀的*大似然同步算法 251
6.4.3 ML 算法改进 258
6.5 小结 262
参考文献 263
第7章 FSO-OFDM调制系统中的峰均比 265
7.1 峰均比的定义及统计特性 265
7.1.1 峰均比的定义 265
7.1.2 峰均比的统计特性 266
7.1.3 高峰均比产生的原因及后果 267
7.2 降低峰均比的方法 267
7.2.1 限幅类技术 267
7.2.2 编码类技术 269
7.2.3 概率类技术 270
7.3 降低OFDM系统中峰均比的概率类方法 271
7.3.1 部分传输序列方法 271
7.3.2 选择性映射方法 279
7.3.3 信道仿真分析 281
7.3.4 实验结果分析 294
7.4 降低峰均比的编码类技术 296
7.4.1 几种分组编码方法 297
7.4.2 基于Golay互补序列和RM码的编译码算法 302
7.5 小结 309
参考文献 309
第8章 信道估计与信道分配 312
8.1 无线光OFDM信道估计 312
8.1.1 信道估计的分类 313
8.1.2 基于LS准则的信道估计算法 313
8.1.3 基于MMSE准则的信道估计算法 314
8.2 粒子滤波算法 317
8.2.1 贝叶斯估计方法 317
8.2.2 蒙特卡罗方法 321
8.2.3 粒子滤波算法原理 322
8.2.4 粒子滤波算法存在的主要问题 325
8.2.5 基于粒子滤波的大气激光OFDM系统信道估计 329
8.3 基于导频辅助信道估计算法 335
8.3.1 衰落信道对OFDM信号的影响 336
8.3.2 基于频域导频的信道估计算法 338
8.3.3 基于时域训练序列的信道估计算法 347
8.4 单用户FSO-OFDM信道分配 353
8.4.1 注水算法 354
8.4.2 自适应比特功率分配算法 355
8.4.3 改进的自适应比特功率分配算法 359
8.4.4 仿真结果分析 363
8.5 多用户FSO-OFDM自适应信道分配 364
8.5.1 多用户自适应FSO-OFDM系统原理 364
8.5.2 几种多用户自适应算法 365
8.5.3 改进算法 371
8.6 小结 376
参考文献 376

作者介绍

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文摘

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序言

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深度解析下一代无线通信核心技术：高速、高容量、高可靠的数据传输新纪元 在信息爆炸的时代，我们对无线通信的需求日益增长，从智能手机上的高清视频流，到物联网设备的无缝连接，再到未来自动驾驶的实时数据传输，都对无线传输的速率、容量和可靠性提出了前所未有的挑战。为了应对这些挑战，一种革命性的通信技术正在迅速崛起，它被誉为下一代无线通信的核心驱动力——正交频分复用（OFDM）及其在无线光通信领域的创新应用。这本书正是围绕这一核心技术，深入剖析其原理，并详尽阐述其在无线光通信这一新兴领域的广泛应用前景。 第一部分：正交频分复用（OFDM）原理的基石 本书的首要目标是为读者构建一个坚实的OFDM理论基础。OFDM并非一种全新的调制方式，而是将高速数据流分割成许多低速的子载波，并在这些相互正交的子载波上并行传输。这种巧妙的设计，旨在克服多径衰落和频率选择性衰落对通信质量的严重影响。 OFDM的诞生与演进：我们将追溯OFDM技术的发展历程，从早期的早期理论探索，到在数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）以及4G LTE等移动通信标准中的成功应用，揭示其逐步成熟和不断完善的过程。 OFDM的核心原理：我们将深入浅出地讲解OFDM的核心概念，包括： 子载波的正交性： 这是OFDM最关键的特征。我们将详细解释如何通过频率选择和时间同步来实现子载波之间的无干扰传输，避免符号间干扰（ISI）。 快速傅里叶变换（FFT）与逆快速傅里叶变换（IFFT）： FFT和IFFT是OFDM实现的关键算法。我们将阐述它们如何在时域和频域之间进行高效转换，从而实现OFDM信号的调制与解调。 循环前缀（CP）： CP的引入是为了对抗多径效应。我们将解析CP的原理，以及它如何有效消除符号间干扰，并讨论CP长度的选择对性能的影响。 星座图与调制方式： 尽管OFDM本身是一种多载波技术，但它仍然需要与各种调制方式（如QPSK、16QAM、64QAM等）结合，以提高频谱效率。我们将探讨不同调制方式在OFDM系统中的应用及其优缺点。 OFDM的优势与劣势： 任何技术都有其两面性。我们将客观分析OFDM的显著优势，如： 抵抗多径衰落的能力强： 通过将高速数据流分解为低速子载波，大大降低了每个子载波上的信号衰落影响。 高频谱效率： 子载波的正交性允许其频谱相互重叠，从而提高了整体的频谱利用率。 简化均衡器设计： 相对于单载波系统，OFDM系统可以在频域进行均衡，大大简化了均衡器的复杂度。 易于实现灵活的带宽分配： 可以根据不同的信道条件，动态地分配子载波，实现自适应调制和编码（AMC）。 同时，我们也必须正视OFDM的一些挑战，例如： 峰均功率比（PAPR）高： OFDM信号的瞬时功率可能远高于其平均功率，这会增加放大器的设计难度和功耗。 对载波频率偏移（CFO）和采样时钟偏移（SCO）敏感： 较小的频率偏移就可能破坏子载波的正交性，导致严重的性能下降。 复杂度相对较高： FFT/IFFT的引入增加了数字信号处理的复杂度。 第二部分：无线光通信（WOC）的兴起与挑战 在OFDM原理的坚实基础上，本书将视角转向蓬勃发展的无线光通信领域。无线光通信利用可见光或红外光作为传输介质，具有频谱资源丰富、安全性高、不干扰电磁频谱等独特优势，被认为是下一代无线通信的重要补充甚至替代技术。 无线光通信的定义与分类： 我们将明确无线光通信的基本概念，并根据其工作频段（可见光、红外光）和应用场景（室内、室外、水下等）进行细致的分类。 无线光通信的优势与劣势： 优势： 海量频谱资源： 可见光频谱远比无线电频谱丰富得多，为高速通信提供了无限可能。 高安全性： 光信号受限于视线传输，不易被窃听，且信号衰减快，难以被远距离干扰。 无需基础设施审批： 与无线电频谱不同，可见光频谱通常无需政府审批即可使用。 节能环保： 部分应用可以集成照明功能，实现能源节约。 抗电磁干扰： 不会干扰其他电子设备。 劣势： 传输距离受限： 受限于光线衰减、遮挡和环境因素。 易受环境影响： 雾、雨、霾等会严重影响传输质量。 需要视线接触： 存在遮挡问题，需要特殊设计克服。 功耗问题： LED光源的调制速度和效率是关键技术瓶颈。 无线光通信的应用场景： 我们将描绘无线光通信的广阔应用前景，包括： 室内通信： 智能家居、智能办公、物联网设备连接，实现无缝Wi-Fi补充。 水下通信： 潜艇、水下机器人、海洋监测等领域。 车联网（V2X）： 车辆间的通信，提升交通安全和效率。 无人机通信： 为无人机提供高速、安全的通信链路。 数据中心内部通信： 提高数据传输速率，降低能耗。 短距离高速数据传输： 如设备间的点对点通信。 第三部分：OFDM在无线光通信中的融合与创新（核心章节） 本书的核心内容在于深度探讨OFDM技术如何与无线光通信相结合，克服其固有挑战，并实现前所未有的通信性能。我们将聚焦于OFDM在无线光通信（LiFi）等应用中的具体实现和优化。 OFDM在LiFi中的应用： 重点介绍OFDM作为LiFi核心调制技术，如何解决可见光通信的挑战： 高速数据传输： OFDM能够将海量的可见光频谱资源划分为大量子载波，实现远超传统Wi-Fi的传输速率。 缓解色散和多径效应： 即使在反射较多的室内环境中，OFDM也能有效地消除符号间干扰，保证信号的完整性。 实现多用户接入： 利用OFDM的灵活性，可以实现对不同用户的公平调度和资源分配。 OFDM的特殊化设计与优化： 针对无线光通信的特点，OFDM需要进行一些特殊的改进： 非对称双边带（ASB）OFDM： 考虑LED光源的直流偏置特性，设计一种能够更有效利用LED信号的OFDM方案。 直流偏置（DC-bias）OFDM： 确保OFDM信号的平均功率落在LED的线性工作区域，避免信号失真。 零交叉（Zero-Crossing）OFDM： 降低OFDM信号的PAPR，减少对LED驱动器精度的要求。 符号时域和频域的优化： 针对LED光源的非线性特性，对OFDM符号进行时域和频域的优化处理，以提高信号质量。 OFDM无线光通信系统的关键技术： 光源的选择与调制： 讨论不同LED光源（如GaN基LED）的性能特点，以及如何实现高速、低失真的光调制。 光电探测器（PD）的设计： 介绍用于接收光信号的PD类型及其性能指标，以及如何与OFDM解调器匹配。 信道估计与均衡： 详细讲解在无线光通信环境下，如何进行准确的信道估计，并设计有效的频域均衡器来补偿信道失真。 多址技术： 探讨OFDM在实现时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）和码分多址（CDMA）等多种多址技术在LiFi中的应用。 安全性增强技术： 结合OFDM的特性，探讨如何进一步提升无线光通信的安全性。 OFDM无线光通信的性能分析与评估： 系统吞吐量与频谱效率分析： 对不同OFDM参数配置下的系统吞吐量进行理论计算和仿真分析。 误码率（BER）性能评估： 评估OFDM在不同噪声和干扰下的误码率表现。 功耗与能效分析： 探讨OFDM在提升速率的同时，如何兼顾功耗和能效。 抗干扰能力评估： 分析OFDM系统在面对环境噪声、LED光源非线性等干扰时的鲁棒性。 第四部分：前沿研究与未来展望 本书的最后部分将着眼于OFDM无线光通信的当前研究热点和未来发展趋势，为读者勾勒出该技术未来的发展蓝图。 多输入多输出（MIMO）OFDM在无线光通信中的应用： 探讨如何利用多LED发射器和多PD接收器，通过MIMO技术进一步提升OFDM无线光通信系统的容量和可靠性。 智能反射面（RIS）与OFDM的协同： 介绍RIS技术如何辅助OFDM信号的传输，克服视线遮挡问题，扩展通信覆盖范围。 人工智能（AI）在OFDM无线光通信中的赋能： 探讨AI在信道预测、智能调度、信号检测等方面的应用，以进一步优化OFDM无线光通信系统的性能。 OFDM与现有无线通信技术的融合： 展望OFDM无线光通信如何与Wi-Fi、5G/6G等技术协同工作，构建全场景、多层次的通信网络。 标准化进展与产业发展： 介绍OFDM无线光通信领域相关的国际标准制定情况，以及该技术在产业界的发展机遇和挑战。 本书特色： 本书理论与实践相结合，不仅深入浅出地阐述了OFDM的基本原理，更重点聚焦于其在无线光通信领域的创新应用。书中将包含丰富的图表、仿真结果和实际案例，帮助读者更直观地理解复杂的概念。语言风格严谨且易于理解，力求让不同背景的读者都能从中受益。 目标读者： 本书适合高等院校通信工程、电子工程、光电子技术等专业的研究生、高年级本科生，以及从事无线通信、光通信、物联网、智能家居等领域的研究人员和工程师。 通过对本书的学习，读者将能够深刻理解OFDM技术的核心优势，掌握其在无线光通信中的关键技术细节，并对该领域的前沿研究和未来发展方向有清晰的认识，从而为推动下一代高速、高容量、高可靠无线通信的发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实战应用导向非常明显，它不仅仅停留在理论推导的象牙塔里，更将目光投向了当前5G/6G背景下无线光通信面临的实际挑战，比如如何在高动态环境、高密度部署中保持系统性能。我特别关注了其中关于信道建模和均衡算法的部分，这部分内容写得极其细致和透彻。作者似乎对当前主流的几种均衡技术进行了深入的对比和性能评估，而不是简单地介绍它们的工作原理。这种对比分析，对于我们进行系统设计和方案选型至关重要，它能帮助我们根据具体的应用场景，快速判断哪种技术路径是最优解。而且，书中对一些新兴的应用场景，比如可见光通信（VLC）和红外通信（IR）的结合分析，也显示出作者紧跟时代脉搏的敏锐度。很多书籍在谈及应用时往往流于表面，但这本书却能深入到具体协议和物理层实现的细节中去，这让它不仅仅是一本理论参考书，更像是一本可以放在手边随时查阅的“工程手册”。这种深度和广度的完美平衡，是很多同类书籍难以企及的。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我原本对“光正交频分复用”这个标题感到有些望而生畏，因为它听起来就像是高深莫测的学术黑话的集合。然而，阅读下去后，我发现作者在讲解复杂概念时，采用了非常巧妙的类比和循序渐进的推导方式，这极大地降低了学习的门槛。我尤其欣赏它在介绍OFDM核心思想时，没有直接抛出复杂的傅里叶变换公式，而是先从传统的单载波系统面临的挑战入手，通过对比的方式，自然而然地引出多载波带来的优势。这种“提出问题—分析痛点—给出方案”的叙事结构，让理论不再是冰冷的数学堆砌，而是解决实际工程难题的有力工具。对于那些已经有一些通信基础，但对光通信结合点感到困惑的人来说，这本书就像是一个耐心的导师，它不急于展示多么高深的数学技巧，而是确保你每走一步都理解脚下的土地。这种教学上的耐心，体现了作者深厚的教学经验和对读者群体的充分理解，这比任何花哨的图表都更具说服力。书中对各个关键技术参数的敏感度分析部分，更是让人眼前一亮，它教会我们如何像工程师一样思考，而不是仅仅停留在理论证明的层面。

评分☆☆☆☆☆

我必须得提一下这本书在格式和排版上的细致考量。作为一本技术专著，清晰的数学符号定义和规范的公式展示是阅读体验的关键。这本书在这方面做得非常出色，所有的符号都是一致且易于辨识的，公式的推导步骤清晰可见，很少出现让人需要回头去查找前面定义的情况。这一点在处理复杂的复数域和时域转换时尤为重要，它极大地减少了读者在阅读过程中因“迷失在符号矩阵中”而产生的挫败感。此外，书中引用和参考文献的规范性也体现了作者严谨的治学态度，这使得我们可以在需要深入探究某个特定子领域时，能迅速找到权威的源头资料进行拓展阅读。相比一些排版混乱、符号定义随心所欲的教材，这本书在细节上体现出的专业素养，让人在阅读时能够更专注于技术本身，而不是与排版错误作斗争。这种对阅读体验的尊重，让我想起那些真正经典的、经得起时间检验的教科书的特质。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的启发在于它对“系统优化”的独特视角。它没有将OFDM视为一个孤立的技术点进行阐述，而是将其置于整个光通信系统链条中进行考察，重点分析了如何通过算法的优化来弥补光传输介质带来的固有缺陷。特别是对各种调制格式选择和子载波功率分配策略的讨论，简直是教科书级别的案例分析。作者通过大量的仿真结果和理论分析相结合的方式，直观地展示了不同的优化手段对系统吞吐量和误码率的实际影响。这不仅仅是告诉我们“应该怎么做”，更是深入解释了“为什么这样做会更好”。对于我目前正在进行的一个项目而言，这本书中的关于峰均功率比（PAPR）抑制技术的几种新颖方法，提供了非常具有操作性的灵感。很多书籍只是简单介绍几种经典方法，但这本书似乎对近期国际会议上提出的先进抑制方案也有所涉猎和点评，显示出作者持续跟踪和消化最新研究成果的能力。这本书的价值，在于它不仅传授了知识，更培养了我们对通信系统进行前瞻性、综合性优化的思维方式。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常有吸引力，那种深邃的蓝色调配合着细致的电路图纹理，立刻让人感受到一种专业和严谨的气息。我拿起它的时候，第一感觉就是，这是一本为真正想深入研究无线光通信领域的人准备的深度教材。光通信本身就充满了未来感，而这本书又聚焦于前沿的OFDM技术，这种结合让人充满了期待。从目录上看，它似乎涵盖了从基础理论到实际应用的完整脉络，没有那种为了凑字数而堆砌的冗余信息，一切都显得井然有序，像是为学习者精心规划好的攀登路径。对于我这种刚接触这个领域的初学者来说，清晰的章节划分和逻辑结构至关重要，它能帮助我建立起牢固的知识框架，避免在复杂的公式和概念中迷失方向。特别是那些涉及到物理层和信道特性的部分，那种对技术细节的把握程度，让人觉得作者是真正站在行业前沿，用实践检验过理论的。光是翻阅前几页的引言，就已经能体会到作者对这门技术未来潜力的深刻洞察力，而不是停留在对现有技术的简单罗列。这本书的物理质感也很好，纸张的质量和印刷的清晰度，都使得长时间阅读成为一种享受，这在技术书籍中是难能可贵的，毕竟我们希望这本书能陪伴我们度过漫长而艰苦的学习过程。