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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LED127

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