本書對(duì)大氣激光通信、可見光通信及紫外光通信當(dāng)前三種不同的無(wú)線光通信技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、研究現(xiàn)狀、優(yōu)勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹，詳細(xì)討論了目前用于無(wú)線光通信的調(diào)制編碼技術(shù)、光束的捕獲、對(duì)準(zhǔn)和跟蹤技術(shù)、激光器的調(diào)制驅(qū)動(dòng)技術(shù)及大氣湍流抑制技術(shù)等。詳細(xì)分析了激光在大氣信道中的傳輸，重點(diǎn)介紹了大氣湍流模型，并研究了信噪比與信道容量的關(guān)系。此外，對(duì)室內(nèi)可見光通信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信道特性及調(diào)制/解調(diào)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對(duì)紫外光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、紫外光的傳輸特性、覆蓋范圍及紫外光組網(wǎng)也進(jìn)行了詳細(xì)的討論。
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前言
第1章 無(wú)線光通信系統(tǒng)(1)
1.1 無(wú)線光通信模型(1)
1.1.1 發(fā)射機(jī)(1)
1.1.2 接收機(jī)(2)
1.1.3 信道(2)
1.2 激光光源(3)
1.2.1 半導(dǎo)體激光器的工作原理(3)
1.2.2 半導(dǎo)體激光器的基本特性(4)
1.2.3 非線性校正(5)
1.3 信號(hào)檢測(cè)(7)
1.3.1 直接檢測(cè)(7)
1.3.2 直接檢測(cè)極限(8)
1.4 光放大器(9)
1.4.1 光放大器的分類(9)
1.4.2 摻鉺光纖放大器(10)
1.4.3 半導(dǎo)體光放大器(11)
1.5 空間光-光纖耦合技術(shù)(11)
1.5.1 單透鏡耦合(11)
1.5.2 陣列耦合(13)
1.5.3 特種光纖耦合(13)
1.6 光學(xué)天線與望遠(yuǎn)鏡(14)
1.6.1 折射式望遠(yuǎn)鏡(14)
1.6.2 反射式望遠(yuǎn)鏡(14)
1.6.3 折反射望遠(yuǎn)鏡(15)
1.6.4 收發(fā)一體化光學(xué)天線(16)
1.7 總結(jié)與展望(16)
思考題一(17)
習(xí)題一(17)
參考文獻(xiàn)(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 零差探測(cè)(25)
2.1.3 外差探測(cè)(26)
2.1.4 調(diào)幅信號(hào)的外差探測(cè)(26)
2.1.5 雙平衡探測(cè)(27)
2.2 相干調(diào)制與解調(diào)(28)
2.2.1 相干系統(tǒng)的光調(diào)制(28)
2.2.2 相干解調(diào)(30)
2.2.3 系統(tǒng)性能(33)
2.3 影響檢測(cè)靈敏度的因素(34)
2.3.1 相位噪聲(34)
2.3.2 強(qiáng)度噪聲(34)
2.3.3 偏振噪聲(35)
2.3.4 相干光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)(35)
2.4 光外差檢測(cè)的空間相位條件(35)
2.4.1 空間相位條件(35)
2.4.2 光外差檢測(cè)的頻率條件(38)
2.4.3 光外差檢測(cè)的偏振條件(39)
2.5 總結(jié)與展望(39)
思考題二(39)
習(xí)題二(40)
參考文獻(xiàn)(43)
第3章 調(diào)制、解調(diào)與編碼(443)
.1調(diào)制技術(shù)(44)
3.1.1 基本概念(44)
3.1.2 模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制(45)
3.1.3 直接調(diào)制與間接調(diào)制(45)
3.1.4 內(nèi)調(diào)制與外調(diào)制(45)
3.2 外調(diào)制技術(shù)(46)
3.2.1 電光調(diào)制(46)
3.2.2 聲光調(diào)制(50)
3.2.3 磁光調(diào)制(52)
3.3 逆向調(diào)制(54)
3.3.1 “貓眼”效應(yīng)(54)
3.3.2 逆向調(diào)制原理(55)
3.3.3 “貓眼”逆向調(diào)制系統(tǒng)(57)
3.4 類脈沖位置調(diào)制(58)
3.4.1 類脈沖位置調(diào)制原理(58)
3.4.2 同步技術(shù)(63)
3.5 光源直接驅(qū)動(dòng)(64)
3.5.1 單端轉(zhuǎn)差分部分(65)
3.5.2 電平調(diào)整部分(65)
3.5.3 激光器驅(qū)動(dòng)部分(66)
3.5.4 光反饋原理(69)
3.6 副載波強(qiáng)度調(diào)制(70)
3.6.1 副載波強(qiáng)度調(diào)制原理(71)
3.6.2 BPSK副載波調(diào)制(71)
3.6.3 FSK副載波調(diào)制(73)
3.6.4 互調(diào)失真與載噪比(75)
3.7 正交頻分復(fù)用(77)
3.7.1 基本原理(77)
3.7.2 OFDM中離散傅里葉變換實(shí)現(xiàn)(80)
3.7.3 保護(hù)間隔和循環(huán)前綴(82)
3.7.4 峰均功率比及其降低方法(83)
3.8 空時(shí)編碼(83)
3.8.1 空時(shí)編碼的演變(84)
3.8.2 無(wú)線光通信中的空時(shí)編碼(86)
3.8.3 無(wú)線光通信中的空時(shí)譯碼(87)
3.9 信道編碼(88)
3.9.1 信道編碼及其分類(88)
3.9.2 線性糾錯(cuò)碼(88)
3.9.3 卷積碼(89)
3.10 總結(jié)與展望(92)
思考題三(92)
習(xí)題三(92)
參考文獻(xiàn)(95)
第4章 大氣信道、信道估計(jì)與信道均衡(98)
4.1 大氣衰減效應(yīng)(98)
4.1.1 大氣衰減系數(shù)與透過率(98)
4.1.2 大氣分子吸收與散射(99)
4.1.3 大氣氣溶膠粒子吸收與散射(100)
4.1.4 大氣窗口(100)
4.1.5 衰減系數(shù)估算(101)
4.1.6 傳輸方程(102)
4.2 大氣湍流模型(102)
4.2.1 大氣湍流(103)
4.2.2 大氣湍流信道模型(104)
4.2.3 Log-normal湍流模型(104)
4.2.4 Gamma-Gamma湍流模型(107)
4.2.5 負(fù)指數(shù)分布湍流模型(110)
4.2.6 大氣結(jié)構(gòu)常數(shù)(112)
4.2.7 大氣湍流引起的誤碼率(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 選擇合并(115)
4.4 信道估計(jì)(115)
4.4.1 信道估計(jì)的概念(115)
4.4.2 最小二乘信道估計(jì)算法(116)
4.4.3 MMSE準(zhǔn)則的信道估計(jì)(117)
4.5 信道均衡(117)
4.5.1 碼間干擾與信道均衡(117)
4.5.2 時(shí)域均衡(118)
4.5.3 線性均衡(119)
4.6 總結(jié)與展望(121)
思考題四(121)
習(xí)題四(121)
參考文獻(xiàn)(125)
第5章 白光LED通信(127)
5.1 LED發(fā)光原理(127)
5.1.1 白光LED(127)
5.1.2 LED發(fā)光原理(127)
5.1.3 白光LED發(fā)光原理(128)
5.1.4 白光LED發(fā)光模型(129)
5.2 光源最優(yōu)化布局(130)
5.3 室內(nèi)可見光信道(132)
5.4 接收機(jī)與檢測(cè)技術(shù)(134)
5.4.1 接收機(jī)前端(135)
5.4.2 接收陣列設(shè)計(jì)(137)
5.5 可見光通信的上行鏈路(137)
5.5.1 射頻上行鏈路(138)
5.5.2 紅外光上行鏈路(138)
5.5.3 激光上行鏈路(138)
5.5.4 可見光上行鏈路(138)
5.6 可見光通信定位技術(shù)(139)
5.6.1 光信號(hào)接收強(qiáng)度定位法(139)
5.6.2 指紋識(shí)別定位法(139)
5.6.3 LED標(biāo)簽（LED-ID）定位法(139)
5.6.4 可見光成像定位技術(shù)(140)
5.7 總結(jié)與展望(140)
思考題五(140)
習(xí)題五(140)
參考文獻(xiàn)(142)
第6章 水下激光通信(145)
6.1 水下激光通信概述(145)
6.2 水下激光通信系統(tǒng)(146)
6.2.1 水下激光通信原理(146)
6.2.2 水下信道(146)
6.2.3 水下激光通信的特點(diǎn)(147)
6.3 激光對(duì)潛通信(147)
6.3.1 激光對(duì)潛通信的形式(147)
6.3.2 各介質(zhì)層的傳輸(148)
6.3.3 時(shí)間擴(kuò)展(150)
6.3.4 能量方程(150)
6.3.5 激光對(duì)潛通信的發(fā)展趨勢(shì)(151)
6.4 總結(jié)與展望(151)
思考題六(151)
習(xí)題六(151)
參考文獻(xiàn)(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 紫外光的特點(diǎn)(153)
7.1.3 紫外光大氣信道(154)
7.1.4 紫外光大氣信道特性(155)
7.2 紫外光非直視傳輸特性(157)
7.2.1 橢球坐標(biāo)系(157)
7.2.2 紫外光散射通信的過程(158)
7.2.3 非直視散射特性(159)
7.3 日盲紫外光非直視通信組網(wǎng)(160)
7.3.1 無(wú)線Mesh通信網(wǎng)絡(luò)(160)
7.3.2 無(wú)線紫外光Mesh通信網(wǎng)絡(luò)(162)
7.4 總結(jié)與展望(163)
思考題七(163)
習(xí)題七(163)
參考文獻(xiàn)(164)
第8章 捕獲、瞄準(zhǔn)和跟蹤技術(shù)(165)
8.1 APT系統(tǒng)(165)
8.1.1 APT的概念(165)
8.1.2 APT的工作原理(166)
8.2 自動(dòng)捕獲(167)
8.2.1 開環(huán)捕獲模式(168)
8.2.2 掃描方式(169)
8.2.3 捕獲單元性能指標(biāo)(173)
8.3 自動(dòng)跟蹤(174)
8.3.1 跟蹤系統(tǒng)(174)
8.3.2 復(fù)合軸控制系統(tǒng)(175)
8.3.3 粗跟蹤單元精度分析(175)
8.3.4 精跟蹤光束伺服單元(176)
8.4 總結(jié)與展望(176)
思考題八(177)
習(xí)題八(177)
參考文獻(xiàn)(177)
第9章 部分相干光傳輸(179)
9.1 光束的基本參數(shù)(179)
9.1.1 發(fā)射光束(179)
9.1.2 互相干函數(shù)(180)
9.1.3 光束的擴(kuò)展、漂移與強(qiáng)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 光束在大氣湍流中的傳輸(189)
9.3.1 光束的擴(kuò)展與漂移(189)
9.3.2 水平傳輸光束的漂移與擴(kuò)展(194)
9.3.3 斜程傳輸光束的漂移與擴(kuò)展(197)
9.3.4 到達(dá)角起伏(200)
9.3.5 光束漂移與擴(kuò)展對(duì)通信系統(tǒng)的影響(203)
9.4 總結(jié)與展望(205)
思考題九(205)
習(xí)題九(205)
參考文獻(xiàn)(208)
第10章 未來(lái)的通信技術(shù)(210)
10.1 X射線空間通信(210)
10.1.1 X射線通信背景(210)
10.1.2 X射線通信系統(tǒng)(210)
10.1.3 發(fā)展方向與展望(214)
10.2 自由空間光量子通信(215)
10.2.1 量子與量子通信(215)
10.2.2 量子態(tài)及其表征(215)
10.2.3 量子通信系統(tǒng)(216)
10.2.4 軌道角動(dòng)量復(fù)用(221)
10.2.5 發(fā)展方向與展望(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 中微子通信系統(tǒng)(222)
10.3.4 中微子通信的關(guān)鍵技術(shù)(223)
10.3.5 中微子通信的特點(diǎn)(224)
10.4 引力波通信(224)
10.4.1 引力波的探測(cè)(224)
10.4.2 引力波的產(chǎn)生(227)
10.4.3 引力波探測(cè)的主要困難(227)
10.5 太赫茲波通信(227)
10.5.1 太赫茲波及其優(yōu)點(diǎn)(227)
10.5.2 太赫茲波發(fā)射天線(228)
10.5.3 太赫茲波探測(cè)器(230)
10.5.4 太赫茲波調(diào)制器(231)
10.5.5 太赫茲波在大氣中的傳輸(232)
10.6 總結(jié)與展望(232)
思考題十(232)
習(xí)題十(233)
參考文獻(xiàn)(233)
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