无线光正交频分复用原理及应用 柯熙政 科学出版社 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：29741766078

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

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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穿梭光纤的数字信使：现代通信的基石 在浩瀚的信息时代，我们对速度和容量的渴求从未停止。每一次通讯的革新，都如同一次飞跃，将人类的连接推向新的高度。而在这场信息洪流中，一种被称为“正交频分复用”（OFDM）的技术，凭借其卓越的性能，成为了现代通信系统中不可或缺的基石，尤其是在光通信领域，其重要性更是日益凸显。 想象一下，如果信息是一条条奔腾的河流，那么OFDM就像是拥有了无数条独立的水道，每一条水道都能承载一部分信息，并且这些水道之间互不干扰，协同奔腾。这就是OFDM的核心思想——将原始的通信数据分割成数量庞大、但传输速率较低的并行子流，并将这些子流调制到相互正交的多个载波频率上进行传输。这种“化整为零”的策略，巧妙地规避了传统单载波传输中信号在多径衰落环境下容易产生的严重的频率选择性衰落问题。即使某个子载波不幸遭遇干扰，也只会影响到一小部分数据，整体通信质量受到的影响微乎其微。 然而，OFDM的优势远不止于此。其另一个杀手锏在于，通过引入循环前缀（CP），能够有效地消除符号间的干扰（ISI），这使得OFDM系统对多径效应具有极强的抵抗力，在信号传播路径复杂、反射点多的环境中尤为适用。这种鲁棒性，是其能够在Wi-Fi、4G、5G等无线通信系统中广泛应用的关键。 但是，将OFDM的强大能力延伸到光通信领域，便开启了另一扇通往超高速、超大容量数据传输的大门——无线光正交频分复用（WOFDM）。与传统的无线电波不同，光波的频率极高，这为承载海量数据提供了得天独厚的优势。WOFDM技术正是巧妙地结合了OFDM的优势与光波的特性，旨在实现更高效、更灵活的光通信。 在WOFDM系统中，数据被分割成并行子流，然后调制到多个光学载波上。这些光学载波之间保持严格的正交性，确保了信号的独立传输和有效分离。这种并行传输的架构，能够极大地提高频谱利用效率，让有限的光谱资源发挥出最大的价值。 WOFDM的核心技术亮点 WOFDM的实现并非易事，它涉及到诸多关键技术的突破与融合。 载波的产生与管理： 在光域产生大量相互正交且频率稳定的光学载波是WOFDM的基础。这通常需要利用锁相环（PLL）技术、微波光子技术或光学梳状滤波器等先进技术来精确控制载波的频率和相位。每一个子载波都需要精准地“调校”，才能确保其独立性和正交性。 高阶调制格式的集成： 为了在每个子载波上承载更多的数据，WOFDM常常采用高阶的数字调制格式，例如16-QAM、64-QAM甚至更高阶的QAM。这些调制格式能够在一个符号周期内传输更多的比特信息，从而提高数据速率。然而，高阶调制也对信号的功率和信噪比提出了更高的要求。 数字信号处理（DSP）： OFDM系统对数字信号处理能力的要求非常高。在WOFDM中，需要进行复杂的信号预处理（如IFFT/FFT）、后处理（如信道均衡、符号检测）以及误差纠正。高效的DSP算法和强大的硬件平台是实现高性能WOFDM系统的关键。尤其是在面临色散、非线性效应等光纤传输中的固有挑战时，DSP的补偿能力显得尤为重要。 光电混合处理： 为了兼顾效率和灵活性，一些WOFDM系统会采用光电混合处理的架构。部分信号处理在光学域完成，而复杂或需要自适应调整的部分则在电域完成。这种混合策略可以有效降低系统的功耗和成本。 信道均衡技术： 在实际的光纤传输中，受限于光纤的色散、非线性效应以及器件的不完美性，会产生不同程度的信道失真。高效的信道均衡技术，如自适应均衡算法，对于恢复原始信号、提高接收端误码率至关重要。 功耗优化： 随着数据速率的不断提升，OFDM系统的功耗也日益增加。在WOFDM系统中，如何设计低功耗的光电器件和高效的信号处理算法，是实现可持续发展和大规模部署的关键挑战。 WOFDM的应用前景 WOFDM技术以其强大的性能，正在为多个通信领域带来革命性的变化。 下一代数据中心互联： 随着云计算和大数据时代的到来，数据中心内部以及数据中心之间的互联需求呈爆炸式增长。WOFDM能够提供超高带宽和低延迟的连接，满足数据中心对海量数据传输的迫切需求，是构建未来高性能数据中心网络的重要技术。 光纤到户（FTTH）的升级： 尽管目前FTTH已普及，但随着4K/8K超高清视频、VR/AR等高带宽应用的普及，对家庭宽带的带宽需求仍在不断攀升。WOFDM有望为FTTH网络带来更高的单用户速率和更灵活的带宽分配能力，实现真正的“超高速家庭网络”。 5G/6G移动通信的回传与前传： 5G网络的部署使得基站密度大幅增加，对基站与核心网之间的回传和前传网络提出了更高的带宽和更低延迟的要求。WOFDM技术以其高容量和高频谱效率，能够有效地满足这些需求，为5G甚至未来的6G网络提供坚实的基础设施支持。 无线光通信（Free-space Optical Communication）： 在一些无法铺设光纤的场景，例如城市建筑物之间、船舶与岸基之间、或者卫星通信，无线光通信成为了一种有效的解决方案。WOFDM技术可以进一步提升无线光通信的速率和可靠性，克服大气湍流等不利因素的影响，实现远距离、高带宽的无线连接。 工业互联网与智能制造： 在工业环境中，对实时数据传输和低延迟控制有着极高的要求。WOFDM能够提供可靠、高速的通信连接，支持工业自动化、机器人协作以及物联网设备的互联互通，推动智能制造向更高水平发展。 光接入网（PON）的演进： 传统的PON系统在带宽和容量上已逐渐显现瓶颈。WOFDM技术有望成为下一代PON技术的关键驱动力，大幅提升接入网的吞吐量，为用户提供更优质的网络体验。 挑战与未来展望 尽管WOFDM展现出巨大的潜力，但其发展仍面临一些挑战。例如，高复杂度、高成本的光电器件和DSP芯片，以及功耗的控制，仍然是制约其大规模商业化部署的重要因素。此外，在特定应用场景下，如何进一步提高系统的鲁棒性，应对环境干扰，也是需要持续研究的方向。 然而，随着半导体技术、集成光学技术和算法的不断进步，这些挑战正逐步被克服。研究人员正在不断探索更具成本效益的器件设计、更高效的信号处理算法以及更优化的系统架构。 可以预见，WOFDM技术将继续在通信领域扮演越来越重要的角色。它不仅仅是一种技术，更是信息传输效率的一次飞跃，是连接未来数字世界的关键桥梁。通过不断地创新和优化，WOFDM必将为我们构建一个更快速、更智能、更互联的社会，开启一个全新的信息时代。

评分☆☆☆☆☆

这本书在引文和参考文献的处理上也体现了极高的学术素养。清晰的标注体系使得任何一个深入研究的读者都可以方便地追溯到原始文献的出处，这对于进行更深层次的文献调研至关重要。我试着选取了几个章节的复杂结论，去查阅了作者引用的基础理论来源，发现其引用链条完整且权威，显示出作者在资料收集和学术积累上的扎实基础。此外，书中对一些关键术语的英文原词标注也十分及时，这在跨文化的技术交流和文献阅读中提供了极大的便利。总的来说，这本书不仅是一本知识载体，更像是一份经过严格学术审查的“技术地图”，它为研究者搭建了一个坚实可靠的起点，让人在接下来的探索之路上信心倍增，不用担心基石不稳。

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这本书的文字功底可以说是相当扎实和精准的。作者的叙事风格严谨而不失温度，在阐述那些极其晦涩的数学推导和物理过程时，总能找到一种巧妙的平衡点，既保证了科学的准确性，又避免了过度学术化的晦涩难懂。我发现自己很少需要反复回溯前面的章节来理解某个术语的定义，因为作者在首次引入时就已经给予了非常清晰的上下文解释。更难能可贵的是，作者在关键概念的引入和对比时，善于引用业界已有的成熟技术作为参照物，这极大地帮助我建立了对新技术优势和劣势的直观认知。这种叙述方式，仿佛是一位经验丰富的导师，在你身边耐心地为你梳理知识脉络，每一个逻辑转折都处理得自然且令人信服。阅读过程是一种享受，知识的吸收效率也因此大大提高。

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作为一名长期在通信领域摸爬滚打的工程师，我深知一本好的技术书籍不仅仅是知识的堆砌，更重要的是它能否提供一套完整的、可操作性的解决方案框架。这本书在这方面做得极为出色，它没有停留在纯理论的探讨上，而是非常务实地将“原理”与“应用”紧密结合。书中对于实际部署中可能遇到的各种挑战，比如信道估计的精度问题、功耗优化策略等，都有深入的探讨和给出了一些前瞻性的建议。我特别关注了其中关于系统实现部分的描述，作者似乎非常了解工程实践的痛点，所提供的设计思路既有学术上的创新性，又兼顾了现有硬件平台的兼容性与可行性。读完这部分内容，我感觉手中仿佛多了一份详尽的“实施蓝图”，而不是空泛的数学公式集合。这种学以致用的导向，让这本书的价值远超一般的教科书范畴。

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坦率地说，市面上关于光通信技术的书籍不少，但真正能深入到技术细节且保持前沿性的作品却屈指可数。这本书的价值恰恰在于它捕捉到了当前研究热点的前沿脉搏。它所涉及的某些具体算法的改进和性能分析，是我在其他同类著作中尚未见到的深入程度。我对比了几个自己正在研究的优化模型，发现书中的分析框架提供了全新的视角来审视现有方法的局限性，并且引导性地指明了未来可能的研究方向。这对我日常的工作状态产生了积极的刺激作用——它不仅解决了当下的疑问，更激发了对未来技术发展的思考。这种引导读者主动探索、而不是被动接受知识的特性，是任何一本优秀的技术著作都应具备的特质，而这本书无疑做到了这一点。