高新科技译丛微机电系列：基于MATLAB的无线光通信系统与信道建模 [Otical Wireless Communications System and Channel Modelling with epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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内容简介

　　无线光通信利用光波在自由空间传输信息，兼具光通信宽带和移动通信灵活接入的优势，不需要频谱申请，易与高速光纤通信骨干网融合，正受到越来越多的关注，成为未来*有希望解决“*后1英里”电子瓶颈，支持室内、室外接人应用的技术方法之一。
　　《高新科技译丛微机电系列：基于MATLAB的无线光通信系统与信道建模》全面介绍了无线光通信技术的基础理论、器件与系统、调制技术、信道模型与系统性能分析等内容，分析了无线光通信技术面临的各种挑战、相应的解决途径以及当前的研究趋势。
　　《高新科技译丛微机电系列：基于MATLAB的无线光通信系统与信道建模》以MATLAB@仿真贯穿全书，提供了大量MATLAB@程序代码以及相应的仿真实例，可以帮助读者理解和进一步开展仿真研究。
　　作者在光通信领域有多年的研究和教学经历，研究成果丰硕。《高新科技译丛微机电系列：基于MATLAB的无线光通信系统与信道建模》不仅可以作为相关专业本科生、研究生的教材，也可作为无线光通信领域研究人员和技术工程人员的重要参考资料。
　　《高新科技译丛微机电系列：基于MATLAB的无线光通信系统与信道建模》由梁猛和刘继红翻译并审校，其中梁猛负责第1章一第3章和第8章，刘继红负责第4章一第7章。参加《高新科技译丛微机电系列：基于MATLAB的无线光通信系统与信道建模》翻译和整理工作的还有西安邮电大学陆蓉老师，研究生王春河、郑玉婷、王丽娟、魏乐、程菲等。在此向所有为《高新科技译丛微机电系列：基于MATLAB的无线光通信系统与信道建模》出版提供帮助的人士表示诚挚的谢意。

内页插图

目录

第1章 无线光通信系统概述
1．1 无线接入方案
1．2 0WC发展简史
1．3 0WC/无线电通信的比较
1．4 链路结构
1．5 0WC应用领域
1．6 安全和规则
1．6．1 最大容许照射量
1．7 0WC技术面临的挑战
参考文献

第2章 光源与光检测器
2．1 光源
2．2 发光二极管
2．2．1 LED结构
2．2．2 面发光LED和半球LED
2．2．3 边发光LED
2．2．4 LED发光效率
2．3 激光器
2．3．1 激光工作原理
2．3．2 受激辐射
2．3．3 光反馈和激光振荡
2．3．4 半导体激光器的基本结构
2．3．5 常用激光器的结构
2．3．6 LED和LD的性能比较
2．4 光检测器
2．4．1 PIN光电二极管
2．4．2 APD光电二极管
2．5 光检测技术
2．5．1 直接检测
2．5．2 相干检测
2．6 光检测噪声
2．6．1 光起伏噪声
2．6．2 暗电流和过剩噪声
2．6．3 背景辐射
2．6．4 热噪声
2．6．5 强度噪声
2．6．6 信噪比
2．7 光检测的统计特性
参考文献

第3章 信道模型
3．1 室内无线光通信信道
3．1．1 视距传输模型
3．1．2 非视距传输模型
3．1．3 天花板反射模型
3．1．4 Hayasaka-Ito模型
3．1．5 球面模型
3．2 人造光源干扰
3．2．1 白炽灯
3．2．2 传统镇流器驱动的荧光灯
3．2．3 荧光灯模型
3．3 室外信道
3．3．1 大气信道损耗
3．3．2 雾和能见度
3．3．3 光束发散
3．3．4 光器件损耗
3．3．5 对准损耗
3．3．6 大气湍流模型
3．3．7 0WC大气影响实验台
参考文献

第4章 调制技术
4．1 引言
4．2 模拟强度调制
4．3 数字基带调制技术
4．3．1 基带调制
4．3．2 00K
4．3．3 高斯信道下的误码性能
4．4 脉冲位置调制
4．4．1 高斯信道下的误码性能
4．4．2 各种改进的PPM
4．5 脉冲间隔调制
4．5．1 高斯信道下的误码性能
4．5．2 最佳门限电平
4．6 双头脉冲间隔调制
4．6．1 谱特性
4．6．2 高斯信道下的误码性能
4．7 多电平DPIM
4．8 基带调制技术的比较
4．8 ，1功率效率
4．8．2 传输带宽要求
4．8．3 传输容量
4．8．4 传输速率
4．8．5 PAPR
4．9 副载波强度调制
4．10 正交频分复用
4．11 光偏振移位键控
4．11．1 二进制PolSK
4．11．2 误码率分析
4．11．3 MPolSK
4．11．4 差分圆偏振移位键控
4．11．5 错误概率分析
附录4．A
4．A．1 DPIM（1GS）时隙自相关函数的推导过程
附录4．B
4．B．1 DH-PIM的PSD
参考文献

第5章 室内无线光通信系统性能分析
5．1 背景光对室内OWC链路性能的影响
5．2 无HPF时Ⅲ的影响
5．2．1 匹配滤波接收机
5．3 无FLI时基线漂移的影响
5．4 使用HPF时FLI的影响
5．5 小波分析
5．5．1 连续小波变换
5．5．2 离散小波变换
5．5．3 基于DWT的降噪技术
5．5．4 DWT与HPF的比较
5．5．5 实验研究
5．6 多径传播链路性能
5．6．1 00K
5．6．2 PPM
5．6．3 DPIM
5．7 降低码间干扰影响的技术
5．7．1 滤波
5．7．2 均衡
5．8 均衡与分类问题
5．9 人工神经网络简介
5．9．1 神经元
5．9．2 ANN的结构
5．10 ANN的训练
5．10．1 反向传播学习
5．11 基于ANN的自适应均衡器
5．11．1 基于ANN和FIR的均衡器性能比较研究
5．11．2 分集技术
参考文献

第6章 大气湍流对FSO链路性能的影响
6．1 开关键控
6．1．1 00K在泊松大气信道下的性能
6．1．2 00K在高斯大气光信道下的性能
6．2 脉冲位置调制
6．3 副载波强度调制
6．3．1 SIM信号的产生和探测
6．3．2 SIM-FSO在对数正态大气信道下的性能
6．3．3 SIM-FSO的误码率分析
6．3．4 双伽玛和负指数大气信道下SIM-FSO的性能
6．3．5 负指数大气信道下的中断概率
6．4 大气湍流代价
附录6．A
附录6．B
6．B．1 6．3．2节、6．3．3．2节和6．3．3．3节的MATLAB代码
参考文献

第7章 基于分集技术的室外OWC链路
7．1 大气湍流效应缓解技术
7．2 对数正态大气信道下的接收分集
7．2．1 最大比合并
7．2．2 等增益合并
7．2．3 选择合并
7．2．4 接收信号相关性对误码性能的影响
7．2．5 对数正态大气信道中使用接收分集的中断概率
7．3 对数正态大气信道下的发射分集
7．4 对数正态大气信道下的发射接收分集
7．5 对数正态大气信道下空间分集SIM-FSO的结果与讨论
7．6 双伽玛和负指数大气信道中基于接收分集的SIM．FSO
7．6．1 空间分集BPSK-SIM系统的BER和中断概率
7．6．2 负指数信道下DPSK-SIM的BER和中断概率
7．7 基于副载波时间分集的陆地自由空间光链路
7．7．1 STDD的误码性能
7．8 孔径平均
7．8．1 平面波
7．8．2 球面波
7．8．3 高斯光束波
附录7．A
7．A1对数正态分布变量均值和方差的计算
附录7．B
……

第8章 可见光通信

参考文献
缩略语

前言/序言

　　近年来，为了更好地支持诸如高清网络电视、移动视频电话、视频会议、高速Intemet接入等层出不穷的宽带无线业务，移动通信终端用户的带宽需求不断增加。在未来10年内，随着高质量多媒体业务不断增长，更高带宽的接入需求将会愈加迫切。目前，为终端用户提供接入服务的网络技术多种多样，包括铜线技术、混合光纤同轴电缆、光纤到户、宽带微波／射频无线技术等。随着新型业务对带宽需求的持续加速，铜线／同轴电缆和射频蜂窝／微波技术面临带宽受限、频谱拥挤、授权昂贵、安装成本高以及安全等问题，其局限性已显露无疑，无法满足未来的接入要求。在一些国家，网络运营商正在敷设新的光纤接入网络，为用户提供的带宽大大增加。一般认为光纤网络可以提供无限带宽，但在实际应用中因为受网络结构、元器件兼容性、设备性能和部署完整系统的限制，可提供给终端用户的容量仍很有限。
　　无线光通信（Optical Wireless Communications.OWC）是一项具有革新意义的技术，提出距今已有30多年，随着终端用户接入带宽需求的不断增长，这项技术正受到越来越多的关注，成为未来最有希望支持室内、室外接入应用的技术方法之一。OWC提供了一种灵活的网络解决方案，无需频谱授权，能实现成本低廉、安全性高的高速无线宽带连接，可支持语音与数据、视频娱乐、企业互联、灾后重建、照明与数据通信和安全监控等大量应用。在室内应用中，通过精确控制光斑大小，在很小的范围内可以容纳大量设备，构成一个完美的OWC系统。在室外应用中，OWC或自由空间光（Free Space Optics.FSO）通信系统将与射频（Radio Frequency，RF）系统互补，在未来的信息高速公路中扮演重要的角色。
　　经历了过去20多年OWC系统的发展过程，我们感觉编写一本反映该领域进展情况的新书非常必要。因目前已有室内或室外OWC系统的相关书籍，因此，本书中对技术理论的描述坚持简洁、全面的原则，使之既能满足本科生、研究生的课程学习，又适合研究人员和技术工程人员阅读。本书大体上包括了OWC系统四个重要的方面：①OWC基础理论；②器件与系统；③调制技术；④信道模型与系统性能分析。另外，也涵盖了OWC面临的各种挑战、相应的解决途径以及当前的研究趋势。本书的一大特色是包括了大量MATLAB@程序代码以及相应的OWC仿真实例，可以帮助读者理解讨论的主题和进一步开展仿真研究。
　　本书分为相对独立的8个章节。为了便于内容组织和读者阅读，每一章开篇都有适当的背景介绍和理论分析。另外，在章节的附录中还给出了相关的辅助材料。在概述OWC发展历史的基础上，第1章重点回顾了OWC系统在室内和室外的应用情况，介绍了OWC技术的现状和未来发展方向。OWC系统的无线接入技术、链路构成、人眼安全问题、应用领域以及面临的挑战等内容也包括在本章内。可用于OWC系统的光源和光电探测器（PIN和／或APD）有多个种类，在短距离室内应用中一般使用发光二极管（LED）和低功率激光二极管（LD），而在长距离室外系统中则经常使用LD。第2章介绍了这些光源的结构和光学特性，讨论了光探测过程的统计特性，以及探测过程中出现的各种噪声。
　　为了设计高效的光通信系统，需要深刻理解其信道特性。通信信道的特征可用其脉冲响应描述，据此可分析信道失真并提出相应的补偿方法。第3章研究了分析视距和非视距室内应用的天花板反射模型、Hayasaka-Ito模型和球面模型等多种信道传播模型，概括介绍了人造光源干扰对室内OWC链路性能的影响。室外大气信道是一个非常复杂和动态变化的环境，对传播光束的特性有很大影响，除了引起损耗外，湍流还将造成光束的幅度和相位发生起伏。描述大气信道统计特性的多个模型也在第3章讨论。第3章还介绍了观察大气效应对FSO链路影响的实验测试平台以及相应的测量数据。
　　目前，实际使用的OWC系统绝大多数都采用强度调制／直接检测。对于室外大气传输，浓雾将造成光束强度显著下降，成为影响信道特性的主要因素。增大发射功率能改善这种情况，但人眼安全规定对最大发射光功率有明确限制。在室内应用中，人眼安全对发射光功率的限制更加严格。第4章讲述了室内和室外OWC系统中使用的多种具有较高功率和频谱效率的典型调制技术。本章的重点是脉冲位置调制（Pulse Position Modulation，PPM）、开关键控（On-OffKeying，OOK）和数字脉冲间隔调制（Digital Pulse Interval Modulation.DPIM）等调制技术，讨论了它们的频谱特征、错误概率和功率与带宽要求。副载波强度调制和偏振移位键控等新型调制技术也在本章介绍。在室内环境中，人造光源会产生影响系统性能的周期性和确定性噪声，而散射链路的最大传输速率则受限于多径传播引起的码间干扰。第5章将研究存在人造光源干扰和码间干扰时，基于OOK、PPM和DPIM的室内OWC系统性能。为了改善链路性能，在第5章也概括介绍了高通滤波器、均衡器、小波变换和神经网络等能够降低干扰影响的技术方法。
　　大气湍流会引起信号衰落，描述这种现象的数学模型在第3章已经做了介绍。第6章将进一步分析大气湍流对室外OWC（即FSO）系统采用不同调制技术的影响，重点是OOK、PPM和相移键控预调制的副载波强度调制。室外FSO通信面临的基本挑战包括建筑物晃动、散射／吸收引起的衰减和闪烁引起的链路衰落。为应对建筑物晃动，要求有准确的瞄准和跟踪机制，同时使用光电探测器阵列和／或加宽光束直径。对于FSO系统，光束在横向上的相位和辐照度起伏使得光相干探测失去了吸引力，这也是陆地FSO链路采用直接检测的原因。克服信道衰落效应的技术包括增大发射功率、频率分集以及空间和时间分集（如多输人多输出（Multiple-lnput Multiple-Output，MIMO））等。第7章将深入讨论缓解FSO链路衰落的时间和空间分集方法以及副载波强度调制，并简单介绍在对数正态大气信道中，使用等增益合并、最佳合并和选择合并等分集机制时的链路性能。

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