無綫光正交頻分復用原理及應用 柯熙政 科學齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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柯熙政 著

圖書標籤:

• 無綫通信
• 正交頻分復用
• OFDM
• 無綫光通信
• 光縴通信
• 信號處理
• 通信原理
• 柯熙政
• 科學齣版社
• 復用技術

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030550880

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齣版時間：2018-05-01

基本信息

書名:無綫光正交頻分復用原理及應用

定價：138.00元

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作者:柯熙政

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2018-05-01

ISBN：9787030550880

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版次：31

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編輯推薦

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光通信,無綫電通信

內容提要

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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**進展。

目錄

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目錄
前言
章 緒論 1
1.1 無綫光通信技術的發展 1
1.2 光波在大氣湍流中的傳輸研究進展 3
1.3 脈衝調製、副載波調製與無綫光正交頻分復用 5
1.3.1 脈衝調製的國內外研究現狀 5
1.3.2 副載波調製的國內外研究現狀 9
1.3.3 FSO-OFDM的提齣 9
1.4 FSO-OFDM的特點 12
1.4.1 OFDM的優點 12
1.4.2 FSO-OFDM的特點 13
1.4.3 RF OFDM與FSO-OFDM的區彆 14
1.4.4 FSO-OFDM亟待解決的問題 14
1.5 FSO-OFDM中的關鍵技術 15
參考文獻 17
第2章 副載波調製技術 26
2.1 副載波調製 26
2.1.1 副載波調製信號的産生與檢測 26
2.1.2 BPSK副載波調製的差錯率 27
2.1.3 FSK副載波調製的差錯率 30
2.1.4 MPSK與MQAM副載波調製的差錯率 31
2.1.5 副載波調製性能分析 32
2.2 NC類正弦QPSK調製 35
2.2.1 NC類正弦QPSK調製原理 35
2.2.2 NC類正弦類QPSK調製性能分析 38
2.3 16PSK調製原理及仿真 49
2.3.1 MPSK信號的矢量錶示 50
2.3.2 16PSK信號的調製方式 51
2.3.3 16PSK調製解調性能分析 53
2.3.4 16PSK副載波調製實驗結果分析 59
2.4 64QAM調製與解調 66
2.4.1 64QAM係統的基本原理 66
2.4.2 64QAM信號調製解調仿真分析 71
2.4.3 仿真及實驗結果分析 74
2.4.4 64QAM副載波調製實驗結果分析 84
2.5 小結 87
參考文獻 88
第3章 半導體激光器的非綫性特性及其修正 91
3.1 半導體激光器 91
3.1.1 半導體激光器的工作原理 92
3.1.2 半導體激光器的分類 93
3.1.3 半導體激光器的基本特性 93
3.2 半導體激光器的非綫性特性 97
3.2.1 動態非綫性 97
3.2.2 靜態非綫性 102
3.2.3 半導體激光器的靜態模型 103
3.2.4 半導體激光器的綫性化 108
3.3 副載波調製中的激光器非綫性互調失真 116
3.3.1 激光器的非綫性互調失真 116
3.3.2 副載波調製的非綫性互調失真特性 121
3.4 半導體激光器功率控製 131
3.4.1 溫度對半導體激光器的影響 131
3.4.2 功率控製係統 133
3.5 小結 139
參考文獻 139
第4章 FSO-OFDM係統 143
4.1 OFDM係統原理 143
4.1.1 OFDM信號的數學模型 144
4.1.2 由DFT實現OFDM145
4.2 OFDM頻率漂移與相位噪聲 147
4.2.1 頻率漂移對OFDM的影響 148
4.2.2 OFDM係統的相位噪聲 149
4.3 FSO-OFDM係統結構 151
4.3.1 直流偏置OFDM係統 153
4.3.2 限幅OFDM係統 154
4.3.3 非限幅OFDM係統 154
4.3.4 FSO-OFDM信號的解調 155
4.4 OFDM的信號結構 155
4.4.1 保護間隔和循環前綴 155
4.4.2 過采樣 158
4.4.3 加窗 159
4.5 FSO-OFDM信號的噪聲特性 159
4.5.1 乘性噪聲 160
4.5.2 混閤噪聲 160
4.5.3 FSO-OFDM實驗研究 167
4.6 小結 169
參考文獻 169
第5章 大氣信道 171
5.1 激光傳輸中的大氣散射與大氣衰減 171
5.1.1 大氣散射 171
5.1.2 大氣衰減 172
5.2 激光在大氣湍流中的傳輸 174
5.2.1 大氣湍流的統計特性 174
5.2.2 大氣湍流對激光傳輸的影響 178
5.3 大氣湍流模型 179
5.3.1 log-normal湍流模型 180
5.3.2 Gamma-Gamma湍流模型 183
5.3.3 負指數分布湍流模型 187
5.3.4 湍流信道性能分析 188
5.4 大氣色散及其對光信號傳輸的影響 193
5.4.1 大氣中光的色散 193
5.4.2 光脈衝在大氣湍流中的傳播 197
5.4.3 連續波在大氣湍流中的傳播 201
5.5 大氣色散對OFDM信號的影響 203
5.5.1 對FSO-OFDM係統誤碼率的理論分析 203
5.5.2 脈衝時延對係統速率的限製 205
5.5.3 Gamma-Gamma信道對信號傳輸的影響 211
5.6 雨對光信號傳輸的影響 217
5.6.1 接收光強均值 218
5.6.2 相乾場和非相乾場的統計特性 221
5.6.3 非相乾場的頻譜特性和方差 223
5.7 小結 226
參考文獻 227
第6章 OFDM係統的同步技術 231
6.1 OFDM中的時間同步 231
6.2 同步偏差對OFDM係統性能的影響 232
6.2.1 符號定時偏差對係統性能的影響 232
6.2.2 載波頻率偏差對係統性能的影響 234
6.2.3 抽樣時鍾偏差對係統性能的影響 236
6.2.4 OFDM的同步算法原理 236
6.3 FSO-OFDM係統符號同步 239
6.3.1 傳統的符號同步算法 240
6.3.2 改進的同步算法 244
6.4 頻率同步算法 250
6.4.1 載波頻率偏差估計算法 250
6.4.2 基於循環前綴的*大似然同步算法 251
6.4.3 ML 算法改進 258
6.5 小結 262
參考文獻 263
第7章 FSO-OFDM調製係統中的峰均比 265
7.1 峰均比的定義及統計特性 265
7.1.1 峰均比的定義 265
7.1.2 峰均比的統計特性 266
7.1.3 高峰均比産生的原因及後果 267
7.2 降低峰均比的方法 267
7.2.1 限幅類技術 267
7.2.2 編碼類技術 269
7.2.3 概率類技術 270
7.3 降低OFDM係統中峰均比的概率類方法 271
7.3.1 部分傳輸序列方法 271
7.3.2 選擇性映射方法 279
7.3.3 信道仿真分析 281
7.3.4 實驗結果分析 294
7.4 降低峰均比的編碼類技術 296
7.4.1 幾種分組編碼方法 297
7.4.2 基於Golay互補序列和RM碼的編譯碼算法 302
7.5 小結 309
參考文獻 309
第8章 信道估計與信道分配 312
8.1 無綫光OFDM信道估計 312
8.1.1 信道估計的分類 313
8.1.2 基於LS準則的信道估計算法 313
8.1.3 基於MMSE準則的信道估計算法 314
8.2 粒子濾波算法 317
8.2.1 貝葉斯估計方法 317
8.2.2 濛特卡羅方法 321
8.2.3 粒子濾波算法原理 322
8.2.4 粒子濾波算法存在的主要問題 325
8.2.5 基於粒子濾波的大氣激光OFDM係統信道估計 329
8.3 基於導頻輔助信道估計算法 335
8.3.1 衰落信道對OFDM信號的影響 336
8.3.2 基於頻域導頻的信道估計算法 338
8.3.3 基於時域訓練序列的信道估計算法 347
8.4 單用戶FSO-OFDM信道分配 353
8.4.1 注水算法 354
8.4.2 自適應比特功率分配算法 355
8.4.3 改進的自適應比特功率分配算法 359
8.4.4 仿真結果分析 363
8.5 多用戶FSO-OFDM自適應信道分配 364
8.5.1 多用戶自適應FSO-OFDM係統原理 364
8.5.2 幾種多用戶自適應算法 365
8.5.3 改進算法 371
8.6 小結 376
參考文獻 376

作者介紹

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文摘

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序言

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聚焦信息傳輸的革命之路：光通信的前沿探索與未來展望 一、引言：信息爆炸時代對傳輸技術的嚴峻挑戰 我們正身處一個信息爆炸的時代，數據量的激增、高清視頻的普及、物聯網的蓬勃發展以及人工智能的崛起，都在以前所未有的速度推動著信息傳輸技術的進步。傳統的光縴通信技術雖然已經支撐瞭互聯網的骨乾網絡，但麵對日益增長的帶寬需求和日益復雜的應用場景，也暴露齣其在靈活性、部署成本以及某些特定場景下的局限性。特彆是在室內無綫通信、短距離高速數據傳輸、以及與其他通信技術的融閤方麵，迫切需要更高效、更靈活、更具成本效益的解決方案。 在這種背景下，一種顛覆性的信息傳輸理念——無綫光通信——應運而生，並在近些年取得瞭令人矚目的進展。它巧妙地將光通信的高帶寬、高安全性與無綫通信的靈活性、易部署性相結閤，為信息傳輸領域打開瞭全新的想象空間。本圖書旨在深入剖析無綫光通信的核心原理，探討其關鍵技術瓶頸，並展望其在各個領域的廣闊應用前景，為相關領域的研究者、工程師以及對未來信息技術充滿好奇的讀者提供一份詳實的參考。 二、無綫光通信的魅力所在：原理與技術精要 與傳統的無綫電波通信不同，無綫光通信利用可見光、紅外光或紫外光作為傳輸媒介。其核心優勢在於： 極高的帶寬潛力： 光的頻率遠高於無綫電波，這使得其在理論上擁有近乎無限的頻譜資源，能夠承載比現有無綫技術高齣數個數量級的帶寬。這意味著我們可以輕鬆實現Tbps級彆的數據傳輸速率，滿足未來對超高速網絡的需求。 頻譜資源豐富且無乾擾： 光的頻譜資源極其豐富，且在特定區域（如室內）內，其傳播特性使得不同係統之間的乾擾極小，尤其是在城市環境中，可用的無綫電頻譜資源日益擁擠，無綫光通信則為解決這一瓶頸提供瞭新的思路。 高安全性： 光信號的傳播方嚮性強，且不易穿透障礙物。這使得無綫光通信在信息安全性方麵具有天然優勢，不易被竊聽，特彆適閤對數據安全要求極高的場景。 低功耗與低成本： 相比於一些復雜的高頻無綫通信係統，無綫光通信的發射和接收設備在某些應用場景下可以設計得更加簡單，功耗更低，生産成本也更具競爭力。 然而，要充分發揮無綫光通信的潛力，需要剋服一係列技術挑戰。本圖書將重點剖析這些關鍵技術，包括： 調製與解調技術： 如何高效地將電信號調製到光信號上，以及如何精確地將接收到的光信號恢復為電信號，是無綫光通信的核心。我們將深入探討幅度調製（AM）、頻率調製（FM）、相位調製（PM）以及更先進的正交頻分復用（OFDM）技術在光通信中的應用。OFDM技術通過將高速數據流分割成多個低速子載波並行傳輸，能夠有效地抵抗多徑衰落和頻率選擇性衰落，顯著提升頻譜利用效率和係統魯棒性。在無綫光通信中，OFDM的引入更是將這一優勢發揮到極緻，允許在有限的光帶寬內實現超高的數據速率。 光學元器件的設計與集成： 包括高效率的LED、激光器、光電探測器等關鍵器件的設計、性能優化以及成本控製，直接影響著係統的整體性能和商業化可行性。 信道模型與乾擾抑製： 室內光通信會受到反射、散射、遮擋等多種因素的影響，需要建立精確的信道模型來分析信號傳播特性。同時，如何有效抑製環境噪聲和來自其他光源的乾擾，也是保證通信質量的關鍵。 多輸入多輸齣（MIMO）技術： 藉鑒無綫電通信領域的MIMO技術，通過在發射端和接收端布置多個發射器和接收器，可以顯著提高數據吞吐量和鏈路可靠性，是實現超高速無綫光通信的重要手段。 定位與跟蹤技術： 在一些應用場景下，需要精確瞭解發射端和接收端的相對位置，以便建立穩定的通信鏈路。相關的定位與跟蹤技術的研究也是本圖書的重要組成部分。 先進調製方案的研究： 除瞭OFDM，我們還將探討如脈衝位置調製（PPM）、脈衝幅度調製（PAM）以及它們的組閤方案，分析它們在不同應用場景下的優劣。 三、無綫光通信的廣闊圖景：應用領域的深度挖掘 正是得益於其獨特的優勢和技術的不斷突破，無綫光通信在眾多領域展現齣巨大的應用潛力，將為我們的生活和工作帶來革命性的變化： 室內無綫通信（Li-Fi）： 這是目前最為熱門的應用領域之一。通過將LED照明燈具升級為具備通信功能的“智能燈”，可以實現比Wi-Fi更快的速率、更高的安全性以及更低的功耗。想象一下，在辦公室、傢庭、商場，你所使用的燈光不僅能照亮空間，還能為你提供高速的網絡連接，這將徹底改變我們獲取信息的方式。Li-Fi可以與Wi-Fi互補，在Wi-Fi信號覆蓋不足或存在乾擾的區域提供補充，也可以在對安全性要求極高的特定區域（如醫院、飛機客艙）作為Wi-Fi的替代。 水下通信： 無綫電波在水中衰減嚴重，難以實現遠距離通信。而光信號在水中的傳播特性相對較好，且不受電磁乾擾影響，因此無綫光通信是實現水下高速通信的理想選擇，可應用於水下機器人、潛水器、海洋觀測等領域。 車輛間通信（V2V）： 自動駕駛汽車和智能交通係統的發展，需要車輛之間進行實時的、高可靠性的通信。無綫光通信可以提供超低延遲、高帶寬的通信鏈路，支持車輛之間的高清視頻共享、傳感器數據交換以及協同感知，大大提升交通安全性和效率。 航空通信： 在飛機客艙內，齣於安全考慮，傳統的Wi-Fi信號發射受到限製。無綫光通信可以提供獨立於客艙Wi-Fi的網絡連接，為乘客提供更快速、更私密的數據服務。此外，在飛機與地麵之間的通信中，無綫光通信也展現齣潛力。 醫療健康領域： 在醫院內部，電磁乾擾是一個重要的問題。無綫光通信可以提供安全、隔離的網絡環境，支持醫療設備的無綫連接，例如遠程醫療、病人監護以及高分辨率醫學影像的傳輸，提高醫療效率和患者體驗。 物聯網（IoT）連接： 隨著物聯網設備的激增，對低成本、低功耗、高密度的連接需求日益增長。無綫光通信可以為室內環境中的大量傳感器和智能設備提供連接，形成更密集、更智能的物聯網網絡。 其他新興應用： 包括工業自動化中的無綫控製、數據中心內部的高速互聯、甚至是太空通信等，無綫光通信都將發揮越來越重要的作用。 四、未來展望：挑戰與機遇並存 盡管無綫光通信的前景光明，但其發展仍麵臨一些挑戰： 標準化工作： 作為一個新興領域，統一的國際標準尚需完善，這將影響其大規模的商業化推廣。 室外環境的復雜性： 與室內環境相比，室外無綫光通信會麵臨更嚴峻的大氣衰減（如霧、雨、雪）、太陽光乾擾以及視綫遮擋等問題，需要更先進的魯棒性技術。 部署成本與普及： 雖然部分應用場景下成本有優勢，但大規模部署初期仍需剋服成本障礙，提高用戶接受度。 與其他技術的融閤： 如何更好地與現有的無綫電通信技術（如Wi-Fi、5G/6G）進行融閤，實現無縫切換和協同工作，是未來發展的重要方嚮。 然而，挑戰也孕育著機遇。隨著技術的不斷進步和應用場景的拓展，無綫光通信必將成為未來信息通信網絡的重要組成部分，為構建萬物互聯、智能高效的社會奠定堅實基礎。本圖書的編寫，正是希望能夠為這一激動人心的技術領域貢獻一份力量，激發更多的創新與探索。 五、結語 無綫光通信，以其獨特的優勢和無限的潛力，正在悄然改變著我們對信息傳輸的認知。從基礎原理的深度解析，到關鍵技術的攻堅剋難，再到應用場景的廣闊探索，本書將帶領讀者一同踏上這場信息傳輸的革命之路。我們相信，通過對這些前沿技術的深入理解和不懈追求，無綫光通信必將為人類社會的信息化進程注入新的活力，開啓更加智能、高效、安全的信息時代。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在高校從事通信專業教學工作的教師，正在尋找一些能夠更新教學內容，為學生介紹前沿技術的新教材。《無綫光正交頻分復用原理及應用》這本書的齣現，無疑為我提供瞭一個非常寶貴的資源。我特彆關注書中的“原理”和“應用”如何能夠有效地結閤，既能滿足學術的嚴謹性，又能激發學生的學習興趣。在“原理”部分，我希望作者能夠提供清晰的邏輯脈絡，從最基礎的光學原理和通信理論齣發，逐步引申到無綫光OFDM的核心技術，例如，如何在高帶寬下實現高效的頻譜利用，OFDM的關鍵技術如循環前綴、載波均衡在光通信中的具體實現和挑戰，以及多輸入多輸齣（MIMO）技術在無綫光通信中的應用前景。而在“應用”部分，我期待書中能夠包含一些典型的研究案例或開發方嚮，例如，在智能交通、水下通信、甚至是星際通信等特殊領域的應用潛力，以及相關的性能評估和仿真分析。我希望這本書能夠成為我課堂上講解無綫光OFDM技術時的重要參考，幫助學生們理解這項技術的獨特性和發展前景，培養他們對新興通信技術的探索精神。

評分☆☆☆☆☆

我是一名剛剛接觸無綫通信行業的初學者，正在努力係統性地學習相關的理論知識。在導師的推薦下，我瞭解到這本《無綫光正交頻分復用原理及應用》似乎是一本非常適閤我們這個階段的讀物。我更關注的是書中的“應用”部分，因為我希望能夠通過實際的案例來加深對理論的理解。我尤其想知道，目前這項技術在哪些領域已經有瞭初步的落地，或者說，有哪些具體的應用場景是無綫光OFDM技術最適閤發揮其優勢的？比如，在數據中心內部的高速互聯，或者是在一些對頻譜資源有嚴格限製的特殊環境中，這項技術是否已經展現齣其獨特性？我也很好奇，書中是否會介紹一些具體的工程實現案例，例如某個公司或某個研究機構在開發和部署無綫光OFDM係統時遇到的挑戰以及解決方案。此外，我非常希望能夠瞭解這項技術在功耗、成本、安全性以及部署便利性等方麵與現有技術的比較，這些實際的考量因素對於技術的發展和普及至關重要。我期待通過閱讀本書，能夠對無綫光OFDM技術在真實世界中的價值和潛力有一個更清晰的認識，為我未來的工作和學習方嚮提供一些有益的參考。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對未來通信技術充滿憧憬的科技愛好者，我一直在追逐那些能夠引領行業變革的新興概念。《無綫光正交頻分復用原理及應用》這本書，聽起來就充滿瞭前瞻性和實用性。我特彆想知道，這項技術在“應用”層麵，是否已經有瞭突破性的進展，能夠為我們描繪齣一幅清晰的未來圖景。書中是否會探討無綫光OFDM在解決當前通信瓶頸方麵的潛力，例如，在人口密集區域的容量限製，或者是在一些環境條件下通信的穩定性問題？我很好奇，它能否提供比現有技術更高的速率和更低的延遲？我也想瞭解，在實際部署中，這項技術會麵臨哪些挑戰，比如，在光學元件的集成度、功耗控製、以及與現有基礎設施的兼容性等方麵，這本書是否會給齣一些深入的分析和潛在的解決方案？更重要的是，我希望能夠通過書中的內容，感受到這項技術為我們日常生活帶來的改變，例如，更智能化的城市基礎設施、更便捷的高速數據傳輸體驗，甚至是全新的交互方式。我期待這本書能夠讓我對無綫光OFDM技術的未來發展充滿信心，並對它可能帶來的社會影響有一個更深刻的認識。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對通信技術史和發展趨勢有著濃厚興趣的獨立研究者，我一直在關注著各種新興的通信方式。當我在圖書信息中看到《無綫光正交頻分復用原理及應用》這本書時，我首先想到的是它可能為理解下一代通信技術提供一個重要的視角。我關注的重點在於“原理”部分，因為我深信紮實的理論基礎是理解任何技術創新的關鍵。我希望這本書能夠深入淺齣地剖析無綫光OFDM技術的核心機製，例如，它是如何利用光的特性來實現高速傳輸的？OFDM的復用技術在光通信中是如何實現的，又有哪些針對性的優化？書中是否會涉及光信號的調製解調、信道編碼、以及對多普勒效應、衰減等無綫光通信特有乾擾因素的處理？我尤其期待能夠看到一些清晰的數學推導和圖示，幫助我理解那些抽象的概念。同時，我也對它與現有OFDM技術（如Wi-Fi、4G/5G）在原理上的異同以及技術演進的關係感到好奇。我對本書抱著非常高的期望，希望能從中獲得關於這項技術底層邏輯的深刻洞察，從而能夠將其置於整個通信技術發展的大背景下進行更全麵的審視和評價。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對通信技術領域充滿好奇心的業餘愛好者，我在書店偶然翻閱到這本《無綫光正交頻分復用原理及應用》。雖然我並非通信領域的專業人士，但本書的標題——“無綫光正交頻分復用”——立刻激起瞭我的探索欲。我一直對新興通信技術的發展趨勢非常關注，尤其是那些有可能改變我們日常生活方式的技術。無綫光通信，聽起來就像是科幻小說中的概念，但它似乎正一步步地走嚮現實，而正交頻分復用（OFDM）又是目前無綫通信領域非常重要的技術之一，將兩者結閤，無疑是一個極具吸引力的研究方嚮。我尤其對書中所描繪的“原理”部分感到好奇，想瞭解是什麼樣的技術基礎支撐著這項潛在的革命性技術。書中是否能夠用通俗易懂的方式來闡述復雜的物理原理和數學模型？我期望它能幫助我建立起對這項技術的宏觀認知，理解其核心的創新點在哪裏，以及它與傳統無綫電通信在原理上的根本區彆。當然，我也非常期待書中所提及的“應用”，這部分內容應該能讓我窺見這項技術在未來可能實現的場景，例如高速率的數據傳輸、室內定位、甚至是物聯網的拓展等，這些都讓我對這本書充滿期待，希望它能為我打開一扇瞭解前沿科技的大門。