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余建军 编

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出版社： 科学

ISBN：9787030561497

商品编码：29679193152

开本：16

出版时间：2018-03-01

基本信息

• 商品名称：光子辅助的毫米波通信技术(精)
• 作者：余建军
• 定价：128
• 出版社：科学
• ISBN号：9787030561497

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2018-03-01
• 印刷时间：2018-03-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：16开
• 包装：精装
• 页数：286
• 字数：360千字

内容提要

余建军著的《光子辅助的毫米波通信技术(精)》 介绍了基于光子辅助的毫米波通信的新技术。主要内 容包括光子辅助的单载波和多载波的矢量毫米波信号 产生技术，利用光纤极化复用、天线极化复用、多波 段复用等多输入多输出技术的宽带毫米波信号传输技 术，以及各种用于提高传输容量和提高接收机性能算 法的、基于外差相干探测的数字信号处理技术。在网 络架构方面介绍了双向全双工毫米波传输和光纤无线 无缝传输，也介绍了在大容量和长距离传输方面的* 新研究成果。本书概括了光子辅助毫米波通信中从系 统到网络的新技术，从原理到应用都有系统而又详细 的介绍。
     本书适合通信领域的工程技术人员，以及高等院 校通信工程等相关专业的研究生和教师阅读。
    

目录

序
前言
第1章 基于强度调制器的单载波矢量毫米波信号传输系统
1.1 引言
1.2 光子辅助毫米波产生技术
1.3 马赫一曾德尔调制器工作原理
1.4 基于马赫一曾德尔调制器载波抑制方式的矢量信号产生系统
1.4.1 基于外部调制器产生载波抑制的毫米波信号
1.4.2 基于外部调制器产生载波抑制的矢量毫米波信号
1.4.3 理论推导
1.4.4 实验测试
1.5 基于马赫一曾德尔调制器的四倍频毫米波产生技术
1.6 基于单个马赫一曾德尔调制器的偏振复用矢量信号传输系统
1.6.1 原理介绍
1.6.2 实验装置
1.6.3 实验结果
1.7 小结
参考文献
第2章 基于相位调制器的单载波矢量毫米波信号传输系统
2.1 基于相位调制器的光子倍频的矢量毫米波信号生成
2.2 基于相位调制器的随机光子倍频的矢量毫米波信号生成
2.2.1 数值仿真
2.2.2 实验装置
2.2.3 实验结果
2.3 小结
参考文献
第3章 基于直接调制激光器产生SSB和DSB矢量信号
3.1 引言
3.2 原理介绍
3.3 实验装置和实验结果
3.4 小结
参考文献
第4章 高性能的单载波矢量毫米波生成技术
4.1 光载波抑制矢量毫米波中的平衡预编码技术
4.2 相位因子优化的预编码矢量信号系统
4.2.1 原理介绍
4.2.2 实验装置
4.2.3 实验结果
4.3 基于外差拍频和强度调制器的矢量信号产生
4.4 无预编码的光子辅助SSB单偏振毫米波信号产生
4.5 无预编码的光子辅助SSB双偏振毫米波信号产生
4.6 小结
参考文献
第5章 基于预编码的OFDM矢量毫米波信号传输系统
5.1 引言
5.2 载波抑制OFDM矢量信号系统
5.3 偶数阶载波抑制OFDM矢量信号系统
5.3.1 实验装置
5.3.2 实验结果
5.4 奇数阶载波抑制w波段毫米波OFDM矢量信号系统

光子在现代通信中的角色演进：从基础到前沿应用 在信息爆炸的时代，通信速率和容量的需求正以前所未有的速度增长。传统的电子通信技术在突破速度和带宽极限时，正面临着日益严峻的物理瓶颈。与此同时，光子学，这门研究光子行为及其应用的科学，正以前所未有的活力，为解决这些挑战提供着革命性的解决方案。本书将深入探讨光子技术在现代通信领域扮演的关键角色，重点聚焦于其如何赋能高速率、高容量的通信系统，并展望其在未来通信网络中的无限潜力。 第一章：通信技术的发展脉络与光子需求的兴起 本章将首先回顾通信技术发展的宏伟图景，从早期的电报、电话，到无线电广播、电视，再到如今无处不在的互联网和移动通信。我们将分析每一代通信技术革新背后的驱动力，以及它们在信息传输能力上实现的飞跃。在此过程中，将重点阐述电子通信技术在面对日益增长的数据流量和频谱拥挤时所遇到的挑战，例如信号衰减、串扰、功耗以及信号处理速度的限制。 随后，我们将引入光子学的基本概念，解释光子作为一种信息载体的独特优势：极高的频率（数十THz级别），意味着巨大的潜在带宽；低损耗传输，尤其是在光纤中；以及抗电磁干扰的特性。我们将追溯光子技术在通信领域应用的早期探索，包括光学信号的产生、传输和检测等基础研究。通过梳理这一历史脉络，读者将深刻理解为何光子技术成为了下一代通信技术发展的必然选择，以及其在克服电子通信瓶颈方面的独特价值。 第二章：光纤通信的基础原理与技术演进 光纤通信是光子技术在通信领域最为成熟和广泛的应用。本章将系统性地介绍光纤通信的核心原理。首先，我们将解析光在光纤中传输的物理机制，包括全内反射原理，并详细讲解不同类型光纤（如单模光纤、多模光纤）的结构、特性及其适用场景。我们将探讨光纤中的损耗机制，如瑞利散射、吸收损耗，以及色散问题（如模间色散、材料色散、波导色散），这些都是影响传输距离和速率的关键因素。 接着，本章将深入剖析现代光纤通信系统的关键组成部分。我们将详细介绍光源技术，包括半导体激光器（如DFB激光器、VCSELs）和光放大器（如EDFA、SOA）的原理、性能指标及其在提高传输功率和补偿损耗中的作用。在接收端，我们将讨论光电探测器的类型（如PIN光电二极管、APD、相干探测器）及其工作原理，并分析其响应速度、灵敏度和量子效率等关键参数。 最后，我们将回顾光纤通信技术的发展历程，从早期的低速率系统到如今的100Gb/s、400Gb/s甚至Tb/s级别的超高速系统。我们将重点介绍先进的调制格式（如PAM4、DPSK、QAM）和复用技术（如WDM、DWDM）如何极大地提升了光纤的传输容量。本章将为理解更前沿的光子通信技术奠定坚实的基础。 第三章：相干光通信的革命性突破 相干光通信是光纤通信技术的一场革命，它利用光的振幅、相位和偏振等信息来编码数据，从而实现了前所未有的频谱效率和传输速率。本章将深度解析相干光通信的原理。首先，我们将解释相干检测的概念，阐述其相比于强度调制的巨大优势，即能够从接收到的信号中提取更丰富的信息。我们将详细介绍相干光通信系统中核心器件的原理与设计，包括： 相干光接收机： 重点介绍本地振荡器（LO）在相干检测中的作用，以及如何通过混频器将本地光与接收到的信号光进行叠加，生成可供电信号处理的电信号。我们将深入探讨不同类型的相干探测器（如外差探测、零差探测）及其对接收灵敏度的影响。 数字信号处理（DSP）： 相干光通信的另一核心是强大的DSP能力。本章将详述DSP在相干接收机中的关键作用，包括色散补偿（CD）、偏振模式色散（PMD）补偿、相位噪声和频率偏移补偿等。我们将介绍常用的DSP算法，如基于递归最小二乘（RLS）的自适应滤波器、卡尔曼滤波器等，以及它们如何协同工作以恢复失真的信号。 高级调制格式： 本章还将深入探讨相干光通信如何支持更为复杂的调制格式，如QPSK、16-QAM、64-QAM等。我们将分析这些调制格式的星座图、信息比特率、频谱效率，以及它们与信噪比（SNR）和误码率（BER）之间的关系。读者将了解到如何通过组合使用多种调制格式和信号处理技术，实现比特率的大幅提升。 通过本章的学习，读者将深刻理解相干光通信如何通过引入相干检测和强大的数字信号处理，彻底改变了光纤通信的传输能力，为超高速数据传输奠定了基础。 第四章：硅光子技术：赋能集成化与小型化 硅光子技术是将光子器件集成到标准硅工艺平台上，从而实现光芯片的规模化生产和低成本制造。本章将重点介绍硅光子技术如何为光通信系统带来革命性的变化。 硅光子技术的基本原理与材料： 我们将首先介绍硅材料作为光子集成平台的技术优势，包括其与CMOS工艺的兼容性、高折射率对比带来的小型化器件潜力、以及成熟的制造工艺。同时，我们将探讨硅光子器件的构建原理，包括硅波导、光栅耦合器、调制器（如马赫-曾德尔调制器MZM、热光调制器）和探测器（如硅基PIN探测器、雪崩探测器）等。 硅光子器件的集成与封装： 效率是光通信的关键。本章将详细阐述如何将多种光子功能器件（如光源、调制器、探测器、波分复用器）集成到同一芯片上，实现光信号的产生、调制、传输和检测的高度集成。我们将讨论不同的集成架构，如直接驱动、外部调制以及混合集成方案。同时，将重点关注光芯片与电芯片的互联（包括光连接和电连接），以及先进的封装技术，这些是实现高性能硅光子模块的关键。 硅光子在光通信中的应用： 本章将聚焦于硅光子技术在现代光通信系统中的具体应用。我们将分析其如何赋能低成本、高密度的光模块，特别是在数据中心互连（DCI）、高速以太网以及5G/6G前传和中回传网络中的应用。读者将了解到，硅光子技术正成为突破传统光模块体积、功耗和成本限制的强大驱动力。 通过本章的学习，读者将认识到硅光子技术在实现光通信系统的集成化、小型化、低功耗和低成本方面所扮演的核心角色，并理解其对未来通信架构的深远影响。 第五章：光子在下一代通信网络中的前沿探索 本章将目光投向光子技术在未来通信网络中的前沿探索和潜在应用。我们将超越传统的光纤通信，探讨光子学在构建更智能、更高效、更灵活的通信系统中所扮演的新角色。 光子集成芯片（PIC）的未来： 除了硅光子，我们还将介绍其他重要的光子集成平台，如氮化硅（SiN）、磷化铟（InP）和铌酸锂（LiNbO3）等，并分析它们在特定应用场景下的优势。我们将讨论如何通过多芯片集成和三维光子集成，进一步提升光通信系统的性能和功能。 光子神经网络与智能处理： 光子技术不仅用于信息传输，还能用于信息处理。本章将介绍光子神经网络（Photonic Neural Networks, PNNs）的概念，以及如何利用光子器件实现高速、低功耗的AI计算。我们将探讨PNNs在通信信号处理、网络优化和智能路由等方面的潜在应用。 自由空间光通信（FSO）： 随着无线通信的不断发展，对更高带宽和更低延迟的需求日益增长，特别是在特定场景下（如无人机通信、点对点短距离连接）。本章将介绍自由空间光通信（FSO）的基本原理，包括其大气传输特性、器件选择（激光器、探测器）以及面对天气条件影响的解决方案。我们将分析FSO在补充现有无线网络、提供快速部署连接等方面的独特价值。 光子技术在6G及未来通信中的展望： 展望未来，本章将探讨光子技术如何在6G及更远期的通信网络中发挥关键作用。我们将讨论光子技术如何支持超大带宽、超低时延、超高可靠性的网络需求，以及其在融合通信、传感和计算方面的潜力。 本章将带领读者跳出固有的思维模式，理解光子技术并非止步于现有成就，而是在不断拓展其边界，为未来的通信网络描绘出更加激动人心的蓝图。 结论：光子赋能的通信未来 最后，我们将对全书内容进行总结，再次强调光子技术在现代通信领域不可替代的重要性。从基础的光纤传输，到革命性的相干光通信，再到颠覆性的硅光子集成，光子技术正以前所未有的力量推动着通信技术的进步。展望未来，随着技术的不断演进和创新，光子学必将继续引领通信行业走向更高、更快、更强的境界，构建一个万物互联、智能互动的数字世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格非常严谨，学术气息浓厚，但绝不枯燥乏味。它成功地在深奥的理论阐述与清晰的逻辑推演之间找到了完美的平衡点。我发现自己不得不放慢阅读速度，很多关键公式和模型需要结合书后的附录进行反复推敲，才能真正领会其背后的物理意义。例如，在处理太赫兹频率段的信道建模时，作者引入了先进的电磁波传播模型，并结合光场对传输损耗的修正，得出的结论比标准模型更具参考价值。对于研究生和研究人员来说，这本书不仅是知识的来源，更是一套严谨的思维训练。它教会我们如何将一个宏大的系统目标（如超高容量、低延迟）拆解到最基础的光电元器件层面，然后再逐层向上构建起完整的系统方案。这种自底向上的架构设计能力，是任何纯粹的软件定义网络（SDN）或算法书籍无法给予的。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，对于一个侧重于底层物理和系统架构的工程师而言，这本书的价值远超一本普通的综述或教程。它更像是一份面向未来十年研发蓝图的纲要。我特别欣赏作者在探讨大规模MIMO与波束赋形时，所引入的光学相控阵（OPA）的概念。传统的毫米波波束赋形受限于功耗和散热问题，而利用光子技术实现的超宽带、高精度波束控制，无疑是解决大规模用户接入和高可靠性连接的关键。书中对混合集成技术路径的探讨尤为详实，从硅光子到III-V族材料的集成，每一种选择背后的性能权衡、成本预估都被剖析得淋漓尽致。更令我印象深刻的是，书中对安全性和隐私保护的关注，通过光域的天然隔离特性来增强通信安全，这是一个常被忽略但极其重要的维度。在阅读相关章节时，我不断在脑海中勾勒出未来户外基站和室内接入点的具体形态，那种集成度高、能效比惊人的设备场景，似乎触手可及。

评分☆☆☆☆☆

我给这本书的评价是“启发性大于操作性”，当然，这并非贬义。它更像是一本“灯塔”之书，指引方向，而非一本“工具箱”之书，提供现成的代码或配置手册。例如，书中关于自由空间光通信（FSO）与毫米波融合的章节，提供了一种解决城市峡谷和高密度区域数据回传的独特视角。它没有详细罗列现有的FSO系统参数，而是深入探讨了如何利用光子技术实现对毫米波信号的“隐形”传输和无缝切换，这种跨域的思维转换，极大地拓宽了我的思路边界。在阅读过程中，我多次停下来思考，如果将这些光电技术应用于特定的工业物联网场景，例如远程操控高精度机械臂，其延迟表现和可靠性会得到怎样的质变。这本书真正做到的，是激发读者去思考“我们为什么需要这种技术”，而不是仅仅停留在“如何使用这种技术”的层面。它挑战了既有的技术范式，鼓励我们去探索尚未被充分挖掘的性能边界。

评分☆☆☆☆☆

这本新近出版的《光子辅助的毫米波通信技术（精）》无疑为我们打开了一扇通往未来无线通信技术的大门。初捧此书，便被其深厚的理论基础和前沿的技术视野所吸引。作者并未将重点仅仅停留在对现有毫米波通信的修修补补上，而是大胆地将光子学与毫米波技术深度融合，探讨了一种颠覆性的解决方案。书中对光电调制器、集成光子芯片在毫米波信号产生与处理中的应用进行了细致入微的分析，这对于我们理解如何突破传统射频器件带宽限制、实现Tbps级数据传输至关重要。尤其值得称道的是，作者并未回避技术实现中的复杂性，而是深入剖析了光电转换过程中的非线性效应、噪声模型及其抑制策略，为工程实践者提供了宝贵的参考。例如，关于微波光子前端的集成化设计部分，提供了多种创新的架构思路，结合了先进半导体工艺的最新进展，让人不禁对5G-Advanced乃至6G的实际部署充满了期待。阅读过程中，我能清晰地感受到作者在跨学科知识融合上的深厚功底，他巧妙地将量子光学中的概念引入到相干检测理论中，使得对信道容量的分析更加贴近物理极限。

评分☆☆☆☆☆

读完此书，我最大的感受是，它为下一代通信系统的设计者提供了一份坚实的理论基石和一套创新的设计工具集。这本书在对现有技术瓶颈的批判性分析上做得尤为出色，它毫不留情地指出了传统电子技术在频率、功耗和集成度方面的先天不足。而光子辅助技术，如书中详细阐述的，正是在这些痛点上对症下药。例如，对光子辅助频率合成器的详细介绍，揭示了如何利用光频率梳实现超低相位噪声和极高频率分辨率的本振源，这对于毫米波和太赫兹的精确同步和高阶调制是至关重要的。书中的图示和仿真结果清晰地展示了光电混合架构在系统噪声系数和EVM（误差矢量幅度）上的显著优势。对于那些致力于突破当前通信速率瓶颈的研发人员来说，这本书是不可或缺的理论储备，它不仅讲解了“是什么”，更深刻地阐释了“为什么是它”以及“如何才能实现它”。