內容簡介
正交頻分復用(OFDM)是多載波通信的一種,可以提高光通信的頻譜效率,抑制信道干擾,本書論述無線光通信中的OFDM理論及套用。系統的介紹了無線光通信中的OFDM傳輸體系,對光OFDM涉及到的高峰均比問題、時間同步、信道估計及信道分配進行了深入系統的分析;對大氣湍流及大氣環境對OFDM信號的影響進行了詳細分析,對比分析了光OFDM抑制大氣湍流的特性。通過數值仿真及實驗驗證了相關理論,觸及到了本領域的最新進展,可以作為電子信息、計算機以及通信工程專業大學生、研究生以及相關領域的科學技術工作者的參考。
圖書目錄
目錄
1 序言... 8
1.1無線光通信技術的發展. 8
1.2.光波在大氣湍流中的傳輸研究進展. 10
1.3脈衝位置調製、副載波調製與正交頻分復用. 12
1.3.1脈衝調製的國內外研究現狀.. 12
1.3.2副載波強度調製的國內外研究現狀... 16
1.3.3 無線光正交頻分復用(FSO-OFDM)的提出... 17
1.4 FSO-OFDM的特點. 19
1.4.1 OFDM的優點... 19
1.4.2 FSO-OFDM的特點.. 21
1.4.3 RF OFDM與FSO-OFDM的區別... 22
1.4.4 FSO-OFDM亟待解決的問題.. 22
1.5 FSO-OFDM中的關鍵技術. 23
參考文獻... 25
2 副載波調製技術.. 34
2.1 副載波強度調製. 34
2.1.1副載波強度調製信號的產生與檢測... 34
2.1.2 BPSK副載波調製的差錯率.. 35
2.1.3 FSK副載波調製的差錯率... 37
2.1.4 MPSK與MQAM副載波調製的差錯率... 39
2.1.5副載波調製性能分析... 40
2.2非限幅QPSK類正弦調製. 42
2.2.1NC-QPSK類正弦調製原理... 42
2.2.2非限幅QPSK正弦調製性能分析.. 44
2.3 16PSK調製原理及仿真. 53
2.3.1 MPSK信號的矢量表示.. 54
2.3.2 16PSK信號的調製方式.. 55
2.3.3 16PSK調製解調性能分析... 57
2.3.4 16PSK副載波調製實驗結果分析.. 63
2.4 64QAM調製與解調. 67
2.4.1 64-QAM系統基本原理.. 67
2.4.2 64-QAM信號調製解調仿真分析.. 71
2.4.4 64-QAM副載波調製實驗結果分析... 78
本章小結:. 81
參考文獻... 82
3半導體雷射器的非線性特性及其修正.. 84
3.1半導體雷射器. 85
3.1.1半導體雷射二極體的工作原理.. 86
3.1.2半導體雷射器的分類... 87
3.1.3半導體雷射二極體的基本特性.. 87
3.2半導體雷射器的非線性特性. 90
3.2.1動態非線性.. 90
3.2.2靜態非線性.. 95
3.2.3半導體雷射器的靜態模型... 96
3.2.4半導體雷射器的線性化.. 100
3.3副載波調製中的雷射器非線性互調失真. 105
3.3.1 雷射器的非線性互調失真.. 106
3.3.2 副載波調製的非線性互調失真特性.. 111
3.4 半導體雷射器功率控制. 119
3.4.1 溫度對半導體雷射器的影響... 119
3.4.2 功率控制系統... 121
本章小結. 127
參考文獻. 127
4 FSO-OFDM 系統... 131
4.1 OFDM系統原理. 131
4.1.1 OFDM信號的數學模型.. 132
4.1.2 由DFT實現OFDM.. 133
4.2 OFDM頻率漂移與相位噪聲. 136
4.2.1頻率漂移對OFDM的影響... 137
4.2.2 OFDM系統的相位噪聲.. 138
4.3 FSO-OFDM系統結構. 140
4.3.1 直流偏置OFDM系統.. 143
4.3.2 限幅OFDM系統... 143
4.3.3 非限幅OFDM系統... 143
4.3.4 FSO-OFDM信號的解調.. 144
4.4 OFDM的信號結構. 145
4.4.1保護間隔和循環前綴... 145
4.4.2過採樣... 148
4.4.3 加窗... 148
4.5 FSO-OFDM信號的噪聲特性. 149
4.5.1 乘性噪聲... 149
4.5.2 混合噪聲... 150
4.5.3 FSO-OFDM實驗研究... 153
本章小結. 154
參考文獻... 155
5大氣信道... 157
5.1 雷射傳輸中的大氣散射與衰減. 157
5.1.1大氣散射.. 157
5.1.2大氣衰減.. 158
5.2 雷射在大氣湍流中的傳輸. 160
5.2.1 大氣湍流的統計特性.. 160
5.2.2 大氣湍流對雷射傳輸的影響... 164
5.3大氣湍流模型. 165
5.3.1 Log-normal湍流模型.. 165
5.3.2 Gamma-Gamma湍流模型.. 169
5.3.3 負指數分布湍流模型.. 172
5.3.4 湍流信道性能分析... 172
5.4 大氣色散及其對光信號傳輸的影響. 175
5.4.1 大氣中光的色散.. 176
5.4.2 光脈衝在大氣湍流中的傳播.. 180
5.4.3 連續波在大氣湍流中的傳播... 184
5.5 大氣色散對OFDM信號的影響. 186
5.5.1 對FSO-OFDM系統誤碼率的理論分析... 186
5.5.2 脈衝時延對系統速率的限制... 189
5.5.3 Gamma-Gamma信道對信號傳輸的影響.. 194
5.6 雨對光信號傳輸的影響. 197
5.6.1 接收光強均值... 198
5.6.2 相干場和非相干場的統計特性.. 200
5.6.3 非相干場的頻譜特性和方差... 202
本章小結. 204
參考文獻. 205
6 OFDM系統的同步技術... 210
6.1 OFDM中的時間同步. 210
6.2同步偏差對OFDM系統性能的影響. 210
6.2.1 符號定時偏差對系統性能的影響... 210
6.2.2 載波頻率偏差對系統性能的影響... 213
6.2.3 抽樣時鐘偏差對系統性能的影響... 215
6.2.4 OFDM的同步算法原理.. 215
6.3 FSO-OFDM系統符號同步.. 217
6.3.1傳統的符號同步算法... 218
6.3.2 改進的同步算法.. 222
6.4 頻率同步算法. 227
6.4.1載波頻率偏差估計算法.. 227
6.4.2基於循環前綴的最大似然(ML)同步算法.. 228
6.4.3 ML算法改進... 234
本章小結. 238
參考文獻... 238
7 FSO-OFDM調製系統中的峰均比.. 240
7.1 峰均比的定義及統計特性. 240
7.1.1 峰均比的定義... 240
7.1.2 峰均比的統計特性... 241
7.1.3高峰均比產生的原因及後果.. 242
7.2 降低PAPR的方法. 242
7.2.1 限幅類技術... 242
7.2.2 編碼類技術... 244
7.2.3機率類技術... 245
7.3降低OFDM系統中峰均比的機率類方法. 246
7.3.1 部分傳輸序列方法(PTS) 246
7.3.2 選擇性映射方法(SLM) 253
7.3.3信道仿真分析.. 255
7.3.4 實驗結果分析... 262
7.4 降低峰均比的編碼類技術. 264
7.4.1. 分組編碼方法... 265
7.4.2. 基於Golay 互補序列和Reed-Muller碼的編解碼算法.. 269
本章小結. 276
參考文獻. 276
8 信道估計與信道分配... 279
8.2 光OFDM信道估計. 279
8.2.1信道估計的分類... 279
8.2.2基於LS準則的信道估計算法.. 280
8.2.3基於MMSE準則的信道估計算法.. 281
8.3粒子濾波算法. 284
8.3.1貝葉斯(Bayesian)估計方法.. 284
8.3.2蒙特卡洛方法.. 289
8.3.3粒子濾波算法原理.. 290
8.3.4粒子濾波算法存在的主要問題... 293
8.3.5基於粒子濾波的大氣雷射OFDM系統信道估計.. 297
8.4 基於導頻輔助信道估計算法. 301
8.4.1 衰落信道對OFDM信號的影響.. 301
8.4.2基於頻域導頻的信道估計算法... 304
8.4.3 基於時域訓練序列的信道估計算法.. 312
8.5 單用戶FSO-OFDM信道分配. 318
8.5.1 注水算法... 318
8.5.2 自適應比特功率分配算法.. 320
8.5.3 改進的自適應比特功率分配算法... 325
8.5.4 仿真結果分析... 328
8.6 多用戶FSO-OFDM自適應信道分配. 328
8.6.1 多用戶自適應FSO-OFDM系統原理.. 328
8.6.2 幾種多用戶自適應算法... 329
8.6.3 改進算法... 335
本章小結. 340
參考文獻. 340
9 基於副載波外差檢測的OFDM系統... 344
9.1 副載波調製OFDM的基本原理. 344
9.2 副載波外差檢測OFDM系統基本原理. 346
9.2.1正交頻分復用NOHD系統基本原理... 347
9.2.2 SCM-OFDM系統數學模型.. 347
9.3 SCM-OFDM系統誤碼率模型及數值分析. 349
9.3.1系統載噪比分析... 349
9.3.2系統誤碼性能分析.. 351
9.3.3 SCM-OFDM系統仿真實驗.. 352
9.3.4非線性效應及頻率偏移對系統影響分析... 355
9.4 實驗研究. 362
9.4.1 NOHD實驗系統設計... 362
9.4.2 不同天氣實驗結果分析... 367
9.4.3 不同調製方式非域外差檢測實驗結果分析... 372
9.4.4 SCM-OFDM實驗結果及分析... 376
本章小結. 377
參考文獻... 378
10 多頻帶無載波幅度相位調製.. 379
10.1 緒論... 379
10.1.1 研究背景及意義.. 379
10.1.2 國內外研究進展.. 379
10.2 CAP調製的大氣雷射通信系統研究. 383
10.2.1 CAP調製解調原理. 383
10.2.2 仿真研究. 386
10.2.3 MMA盲均衡算法. 391
10.2.4 實驗研究. 394
10.2.4.1. 實驗原理... 394
10.3 多頻帶CAP調製的大氣雷射通信系統研究. 396
10.3.1 多頻帶CAP調製解調原理. 396
10.3.2 仿真研究. 398
10.3.3 實驗研究. 404
本章小結. 407
參考文獻... 407