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第1章 无线光通信系统 1

1.1 无线光通信模型 1

1.1.1 发射机 1

1.1.2 接收机 2

1.1.3 信道 2

1.2 激光光源 3

1.2.1 半导体激光器的工作原理 3

1.2.2 半导体激光器的基本特性 4

1.2.3 非线性校正 5

1.3 信号检测 7

1.3.1 直接检测 7

1.3.2 直接检测极限 8

1.4 光放大器 9

1.4.1 光放大器的分类 9

1.4.2 掺铒光纤放大器 10

1.4.3 半导体光放大器 11

1.5 空间光－光纤耦合技术 11

1.5.1 单透镜耦合 11

1.5.2 阵列耦合 13

1.5.3 特种光纤耦合 13

1.6 光学天线与望远镜 14

1.6.1 折射式望远镜 14

1.6.2 反射式望远镜 14

1.6.3 折反射望远镜 15

1.6.4 收发一体化光学天线 16

1.7 总结与展望 16

思考题一 17

习题一 17

参考文献 21

第2章 相干光通信 23

2.1 相干光通信的基本原理 23

2.1.1 基本原理 23

2.1.2 零差探测 25

2.1.3 外差探测 26

2.1.4 调幅信号的外差探测 26

2.1.5 双平衡探测 27

2.2 相干调制与解调 28

2.2.1 相干系统的光调制 28

2.2.2 相干解调 30

2.2.3 系统性能 33

2.3 影响检测灵敏度的因素 34

2.3.1 相位噪声 34

2.3.2 强度噪声 34

2.3.3 偏振噪声 35

2.3.4 相干光通信系统的关键技术 35

2.4 光外差检测的空间相位条件 35

2.4.1 空间相位条件 35

2.4.2 光外差检测的频率条件 38

2.4.3 光外差检测的偏振条件 39

2.5 总结与展望 39

思考题二 39

习题二 40

参考文献 43

第3章 调制、解调与编码 44

3.1 调制技术 44

3.1.1 基本概念 44

3.1.2 模拟调制与数字调制 45

3.1.3 直接调制与间接调制 45

3.1.4 内调制与外调制 45

3.2 外调制技术 46

3.2.1 电光调制 46

3.2.2 声光调制 50

3.2.3 磁光调制 52

3.3 逆向调制 54

3.3.1 “猫眼”效应 54

3.3.2 逆向调制原理 55

3.3.3 “猫眼”逆向调制系统 57

3.4 类脉冲位置调制 58

3.4.1 类脉冲位置调制原理 58

3.4.2 同步技术 63

3.5 光源直接驱动 64

3.5.1 单端转差分部分 65

3.5.2 电平调整部分 65

3.5.3 激光器驱动部分 66

3.5.4 光反馈原理 69

3.6 副载波强度调制 70

3.6.1 副载波强度调制原理 71

3.6.2 BPSK副载波调制 71

3.6.3 FSK副载波调制 73

3.6.4 互调失真与载噪比 75

3.7 正交频分复用 77

3.7.1 基本原理 77

3.7.2 OFDM中离散傅里叶变换实现 80

3.7.3 保护间隔和循环前缀 82

3.7.4 峰均功率比及其降低方法 83

3.8 空时编码 83

3.8.1 空时编码的演变 84

3.8.2 无线光通信中的空时编码 86

3.8.3 无线光通信中的空时译码 87

3.9 信道编码 88

3.9.1 信道编码及其分类 88

3.9.2 线性纠错码 88

3.9.3 卷积码 89

3.10 总结与展望 92

思考题三 92

习题三 92

参考文献 95

第4章 大气信道、信道估计与信道均衡 98

4.1 大气衰减效应 98

4.1.1 大气衰减系数与透过率 98

4.1.2 大气分子吸收与散射 99

4.1.3 大气气溶胶粒子吸收与散射 100

4.1.4 大气窗口 100

4.1.5 衰减系数估算 101

4.1.6 传输方程 102

4.2 大气湍流模型 102

4.2.1 大气湍流 103

4.2.2 大气湍流信道模型 104

4.2.3 Log-normal湍流模型 104

4.2.4 Gamma-Gamma湍流模型 107

4.2.5 负指数分布湍流模型 110

4.2.6 大气结构常数 112

4.2.7 大气湍流引起的误码率 113

4.3 分集接收 114

4.3.1 最大比合并 114

4.3.2 等增益合并 115

4.3.3 选择合并 115

4.4 信道估计 115

4.4.1 信道估计的概念 115

4.4.2 最小二乘信道估计算法 116

4.4.3 MMSE准则的信道估计 117

4.5 信道均衡 117

4.5.1 码间干扰与信道均衡 117

4.5.2 时域均衡 118

4.5.3 线性均衡 119

4.6 总结与展望 121

思考题四 121

习题四 121

参考文献 125

第5章 白光LED通信 127

5.1 LED发光原理 127

5.1.1 白光LED 127

5.1.2 LED发光原理 127

5.1.3 白光LED发光原理 128

5.1.4 白光LED发光模型 129

5.2 光源最优化布局 130

5.3 室内可见光信道 132

5.4 接收机与检测技术 134

5.4.1 接收机前端 135

5.4.2 接收阵列设计 137

5.5 可见光通信的上行链路 137

5.5.1 射频上行链路 138

5.5.2 红外光上行链路 138

5.5.3 激光上行链路 138

5.5.4 可见光上行链路 138

5.6 可见光通信定位技术 139

5.6.1 光信号接收强度定位法 139

5.6.2 指纹识别定位法 139

5.6.3 LED标签（LED-ID）定位法 139

5.6.4 可见光成像定位技术 140

5.7 总结与展望 140

思考题五 140

习题五 140

参考文献 142

第6章 水下激光通信 145

6.1 水下激光通信概述 145

6.2 水下激光通信系统 146

6.2.1 水下激光通信原理 146

6.2.2 水下信道 146

6.2.3 水下激光通信的特点 147

6.3 激光对潜通信 147

6.3.1 激光对潜通信的形式 147

6.3.2 各介质层的传输 148

6.3.3 时间扩展 150

6.3.4 能量方程 150

6.3.5 激光对潜通信的发展趋势 151

6.4 总结与展望 151

思考题六 151

习题六 151

参考文献 152

第7章 紫外光通信 153

7.1 紫外光及其信道特性 153

7.1.1 紫外光 153

7.1.2 紫外光的特点 153

7.1.3 紫外光大气信道 154

7.1.4 紫外光大气信道特性 155

7.2 紫外光非直视传输特性 157

7.2.1 椭球坐标系 157

7.2.2 紫外光散射通信的过程 158

7.2.3 非直视散射特性 159

7.3 日盲紫外光非直视通信组网 160

7.3.1 无线Mesh通信网络 160

7.3.2 无线紫外光Mesh通信网络 162

7.4 总结与展望 163

思考题七 163

习题七 163

参考文献 164

第8章 捕获、瞄准和跟踪技术 165

8.1 APT系统 165

8.1.1 APT的概念 165

8.1.2 APT的工作原理 166

8.2 自动捕获 167

8.2.1 开环捕获模式 168

8.2.2 扫描方式 169

8.2.3 捕获单元性能指标 173

8.3 自动跟踪 174

8.3.1 跟踪系统 174

8.3.2 复合轴控制系统 175

8.3.3 粗跟踪单元精度分析 175

8.3.4 精跟踪光束伺服单元 176

8.4 总结与展望 176

思考题八 177

习题八 177

参考文献 177

第9章 部分相干光传输 179

9.1 光束的基本参数 179

9.1.1 发射光束 179

9.1.2 互相干函数 180

9.1.3 光束的扩展、漂移与强度起伏 184

9.2 部分相干光模型 185

9.2.1 部分相干光描述 185

9.2.2 部分相干光波束 187

9.3 光束在大气湍流中的传输 189

9.3.1 光束的扩展与漂移 189

9.3.2 水平传输光束的漂移与扩展 194

9.3.3 斜程传输光束的漂移与扩展 197

9.3.4 到达角起伏 200

9.3.5 光束漂移与扩展对通信系统的影响 203

9.4 总结与展望 205

思考题九 205

习题九 205

参考文献 208

第10章 未来的通信技术 210

10.1 X射线空间通信 210

10.1.1 X射线通信背景 210

10.1.2 X射线通信系统 210

10.1.3 发展方向与展望 214

10.2 自由空间光量子通信 215

10.2.1 量子与量子通信 215

10.2.2 量子态及其表征 215

10.2.3 量子通信系统 216

10.2.4 轨道角动量复用 221

10.2.5 发展方向与展望 221

10.3 中微子通信 222

10.3.1 中微子 222

10.3.2 中微子通信原理 222

10.3.3 中微子通信系统 222

10.3.4 中微子通信的关键技术 223

10.3.5 中微子通信的特点 224

10.4 引力波通信 224

10.4.1 引力波的探测 224

10.4.2 引力波的产生 227

10.4.3 引力波探测的主要困难 227

10.5 太赫兹波通信 227

10.5.1 太赫兹波及其优点 227

10.5.2 太赫兹波发射天线 228

10.5.3 太赫兹波探测器 230

10.5.4 太赫兹波调制器 231

10.5.5 太赫兹波在大气中的传输 232

10.6 总结与展望 232

思考题十 232

习题十 233

参考文献 233