无线光正交频分复用原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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柯熙政 著

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• 无线通信
• 正交频分复用
• OFDM
• 无线光通信
• 光纤通信
• 信号处理
• 调制解调
• 通信原理
• 无线接入技术
• 复用技术

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030550880

版次：1

商品编码：12359995

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-04-01

用纸：胶版纸

页数：379

字数：480000

正文语种：中文

内容简介

　　正交频分复用是多载波通信的一种，可以提高光通信的频谱效率，抑制信道干扰。
　　《无线光正交频分复用原理及应用》论述无线光通信中的正交频分复用理论及应用，系统介绍无线光通信中的正交频分复用传输体系，对光正交频分复用涉及的高峰均比、时间同步、信道估计及信道分配进行深入系统分析；对大气湍流及大气环境对正交频分复用信号的影响进行详细分析，对比分析光正交频分复用抑制大气湍流的特性。通过数值仿真及实验验证相关理论，触及本领域的新进展。
　　《无线光正交频分复用原理及应用》可以作为电子信息、计算机及通信工程专业高年级本科生、研究生以及相关领域的科学技术工作者的参考用书。

作者简介

　　柯熙政，1962年10月出生，博士，教授。博士生导师。陕西省教学名师、陕西省学位委员会学科评议组成员、国家科技奖励评审专家、教育部、科技部和广东省“优秀企业科技特派员”、扬州市“绿扬金凤”创新领军人才。获中国科学院研究生院长奖学金和中国科学院“盈科”优秀青年学者奖。
　　柯熙政教授主要从事无线光通信理论与技术领域的研究工作。曾主持国家自然科学基金项目、军队863计划项目、陕西省重点产业创新链等科研项目20余项。作为首发明人授权中国发明专利20余项、发表论文被SCI、EI女录200余篇、在科学出版社出版学术著作6部。作为首完成人获省部级科技奖励10项，其中一等奖1项，二等奖4项。

内页插图

目录

前言

第1章 绪论
1．1 无线光通信技术的发展
1．2 光波在大气湍流中的传输研究进展
1．3 脉冲调制、副载波调制与无线光正交频分复用
1．3．1 脉冲调制的国内外研究现状
1．3．2 副载波调制的国内外研究现状
1．3．3 FSO-OFDM的提出
1．4 FSO-OFDM的特点
1．4．1 OFDM的优点
1．4．2 FSO-OFDM的特点
1．4．3 RFOFDM与FSO-OFDM的区别
1．4．4 FSO-OFDM亟待解决的问题
1．5 FSO-OFDM中的关键技术
参考文献

第2章 副载波调制技术
2．1 副载波调制
2．1．1 副载波调制信号的产生与检测
2．1．2 BPSK副载波调制的差错率
2．1．3 FSK副载波调制的差错率
2．1．4 MPSK与MQAM副载波调制的差错率
2．1．5 副载波调制性能分析
2．2 NC类正弦OPSK调制
2．2．1 NC类正弦QPSK调制原理
2．2．2 NC类正弦类QPSK调制性能分析
2．3 16PSK调制原理及仿真
2．3．1 MPSK信号的矢量表示
2．3．2 16PSK信号的调制方式
2．3．3 16PSK调制解调性能分析
2．3．4 16PSK副载波调制实验结果分析
2．4 64QAM调制与解调
2．4．1 64QAM系统的基本原理
2．4．2 64QAM信号调制解调仿真分析
2．4．3 仿真及实验结果分析
2．4．4 64QAM副载波调制实验结果分析
2．5 小结
参考文献

第3章 半导体激光器的非线性特性及其修正
3．1 半导体激光器
3．1．1 半导体激光器的工作原理
3．1．2 半导体激光器的分类
3．1．3 半导体激光器的基本特性
3．2 半导体激光器的非线性特性
3．2．1 动态非线性
3．2．2 静态非线性
3．2．3 半导体激光器的静态模型
3．2．4 半导体激光器的线性化
3．3 副载波调制中的激光器非线性互调失真．
3．3．1 激光器的非线性互调失真
3．3．2 副载波调制的非线性互调失真特性
3．4 半导体激光器功率控制
3．4．1 温度对半导体激光器的影响
3．4．2 功率控制系统
3．5 小结
参考文献

第4章 FSO-OFDM系统
4．1 0FDM系统原理
4．1．1 OFDM信号的数学模型
4．1．2 由DFT实现OFDM
4．2 OFDM频率漂移与相位噪声
4．2．1 频率漂移对OFDM的影响
4．2．2 OFDM系统的相位噪声
4．3 FSO-OFDM系统结构
4．3．1 直流偏置OFDM系统
4．3．2 限幅OFDM系统
4．3．3 非限幅OFDM系统
4．3．4 FSO-OFDM信号的解调
4．4 OFDM的信号结构
4．4．1 保护间隔和循环前缀
4．4．2 过采样
4．4．3 加窗
4．5 FSO-OFDM信号的噪声特性
4．5．1 乘性噪声
4．5．2 混合噪声
4．5．3 FSO-OFDM实验研究
4．6 小结
参考文献

第5章 大气信道
5．1 激光传输中的大气散射与大气衰减
5．1．1 大气散射
5．1．2 大气衰减
5．2 激光在大气湍流中的传输
5．2．1 大气湍流的统计特性
5．2．2 大气湍流对激光传输的影响
5．3 大气湍流模型
5．3．1 log-normal湍流模型
5．3．2 Gamma-Gamma湍流模型
5．3．3 负指数分布湍流模型
5．3．4 湍流信道性能分析
5．4 大气色散及其对光信号传输的影响
5．4．1 大气中光的色散
5．4．2 光脉冲在大气湍流中的传播
5．4．3 连续波在大气湍流中的传播
5．5 大气色散对OFDM信号的影响
5．5．1 对FSO-OFDM系统误码率的理论分析
5．5．2 脉冲时延对系统速率的限制
5．5．3 Gamma-Gamma信道对信号传输的影响-
5．6 雨对光信号传输的影响
5．6．1 接收光强均值
5．6．2 相干场和非相干场的统计特性
5．6．3 非相干场的频谱特性和方差
5．7 小结
参考文献

第6章 OFDM系统的同步技术
6．1 OFDM中的时间同步
6．2 同步偏差对OFDM系统性能的影响
6．2．1 符号定时偏差对系统性能的影响
6．2．2 载波频率偏差对系统性能的影响
6．2．3 抽样时钟偏差对系统性能的影响
6．2．4 OFDM的同步算法原理
6．3 FSO-OFDM系统符号同步
6．3．1 传统的符号同步算法
6．3．2 改进的同步算法
6．4 频率同步算法
6．4．1 载波频率偏差估计算法
6．4．2 基于循环前缀的最大似然同步算法
6．4．3 ML算法改进
6．5 小结
参考文献

第7章 FSO-OFDM调制系统中的峰均比
7．1 峰均比的定义及统计特性
7．1．1 峰均比的定义
7．1．2 峰均比的统计特性
7．1．3 高峰均比产生的原因及后果
7．2 降低峰均比的方法
7．2．1 限幅类技术
7．2．2 编码类技术
7．2．3 概率类技术
7．3 降低OFDM系统中峰均比的概率类方法
7．3．1 部分传输序列方法
7．3．2 选择性映射方法
7．3．3 信道仿真分析
7．3．4 实验结果分析
7．4 降低峰均比的编码类技术
7．4．1 几种分组编码方法
7．4．2 基于Golay互补序列和RM码的编译码算法
7．5 小结
参考文献

第8章 信道估计与信道分配
8．1 无线光OFDM信道估计
8．1．1 信道估计的分类
8．1．2 基于LS准则的信道估计算法
8．1．3 基于MMSE准则的信道估计算法
8．2 粒子滤波算法
8．2．1 贝叶斯估计方法
8．2．2 蒙特卡罗方法
8．2．3 粒子滤波算法原理
8．2．4 粒子滤波算法存在的主要问题
8．2．5 基于粒子滤波的大气激光OFDM系统信道估计
8．3 基于导频辅助信道估计算法
8．3．1 衰落信道对OFDM信号的影响
8．3．2 基于频域导频的信道估计算法
8．3．3 基于时域训练序列的信道估计算法
8．4 单用户FSO-OFDM信道分配
8．4．1 注水算法
8．4．2 自适应比特功率分配算法
8．4．3 改进的自适应比特功率分配算法
8．4．4 仿真结果分析
8．5 多用户FSO-OFDM自适应信道分配
8．5．1 多用户自适应FSO-OFDM系统原理
8．5．2 几种多用户自适应算法
8．5．3 改进算法
8．6 小结
参考文献

前言/序言

　　交通、能源与通信被称为现代社会发展的三大基础结构。射频通信在现代社会中已经获得了重要的应用，而光通信涉及的应用领域也越来越广泛。光通信包括光纤通信与无线光通信。光纤通信与传统的电缆通信相对应，是一种有线通信；无线光通信与微波及射频通信相对应，无线光通信既具有光纤通信的带宽，又具有微波通信的灵活性，更重要的是无线光通信无频谱管制，具有保密性好、通信容量大、成本较低、安装方便、组网灵活、抗电磁干扰能力强等优点。无线光通信包括无线激光通信、紫外光通信以及可见光通信，可用于卫星之间、星地之间以及室内可见光通信。大气湍流以及大气信道干扰是无线光通信不得不面对的问题。抑制大气湍流及大气环境对无线光通信的影响，是人们亟待解决的难题。为了最大限度地逼近无线光信道的容量，人们在无线光通信中引入光正交频分复用（OFDM）传输，以期提高光传输的频谱效率并抑制大气湍流与大气环境干扰。本书阐述无线光正交频分复用（freespaceopticalOFDM，FSO-OFDM）的原理及若干应用，并通过数值分析与通信实验验证了相关理论。
　　从2002年起，作者先后承担了两项国家自然科学基金面上项目（60977054、61377080）、两项陕西省重大科技项目、陕西省科技厅自然科学基金项目、西安市科技局项目以及国家科技创新基金项目等。作者对无线光通信领域涉及的问题进行了系统深入的研究，先后获得20多项无线光通信领域的发明专利，获得省部级科技奖励10项，其中一等奖1项，二等奖4项。
　　全书共8章，首先对无线光通信的研究进展进行系统深入的分析，阐明开展无线光OFDM传输的重要性以及益处；接着对信源编码进行讨论，随之阐明无线光OFDM体系，通过数值仿真说明无线光OFDM的特点；对无线OFDM存在的高峰均比、时间同步、信道估计与信道分配进行理论分析与数值仿真。书中通过数值仿真与通信实验验证无线光OFDM系统的性能及相关算法的可行性。

《光信号传输的奥秘：解码与驾驭》 内容简介： 本书并非一本专注于无线光通信领域的教科书，而是从更宏观、更基础的视角，深入探讨了各类光信号在不同传输介质中传播时的物理原理、关键技术及其在现代通信系统中的广泛应用。我们旨在揭示光信号传输的本质，为读者构建一个扎实的理论框架，并引介与之相关的创新实践，使其能够理解并应对未来光通信领域面临的挑战。 第一章：光信号的诞生与基础 本章将从光的波动性和粒子性这一基本概念出发，阐述光信号是如何产生的。我们将回顾经典电磁理论中关于光波的传播特性，包括其频率、波长、振幅和相位等参数的定义及其相互关系。随后，我们将引入半导体发光原理，如LED和激光二极管（LD）的pn结发光机理，以及半导体激光器的增益机制和受激辐射过程。在半导体材料的选择上，我们将简要介绍不同禁带宽度的材料如何决定光的发射波长，并提及掺杂对发光效率的影响。 接着，本章将详细介绍光的调制技术。我们将区分模拟调制和数字调制，并着重讲解数字调制的基本概念，如幅度键控（ASK）、频率键控（FSK）和相位键控（PSK）。我们将深入分析这些基本调制方式的原理，包括载波信号的哪个参数被信息信号所改变，以及如何通过解调过程恢复原始信息。此外，我们将引入更高级的调制技术，如正交幅度调制（QAM），解析其将幅度和相位同时用于信息编码的优势，并简要介绍其不同阶数的原理（如QPSK、16-QAM、64-QAM等）及其对数据传输速率的影响。 第二章：光信号在介质中的传播行为 光信号在传输过程中，会受到多种因素的影响，本章将对此进行深入剖析。首先，我们将探讨光纤通信作为一种主流的光信号传输方式。我们将详细介绍光纤的结构，包括纤芯和包层，以及它们为何能够实现全内反射，从而引导光信号沿着光纤传播。我们将深入讲解全内反射的原理，包括折射率的定义、斯涅尔定律以及临界角的概念。 随后，我们将分析光纤中存在的主要损耗机制。这包括吸收损耗，即光信号在传输介质中被材料吸收而转化为热能；散射损耗，特别是瑞利散射，它是由于介质内部微小密度不均匀性导致的光能量向各个方向的散射；以及弯曲损耗，包括宏弯损耗（由光纤的大曲率引起）和微弯损耗（由光纤的微小不规则形变引起）。我们将讨论这些损耗如何影响光信号的传输距离和质量。 除了损耗，色散也是影响光信号传输的关键因素。本章将详细介绍不同类型的色散。首先是材料色散，它是由于不同波长的光在介质中的传播速度不同而引起的；其次是波导色散，它是由于不同波长的光在光纤波导结构中传播的模式不同而引起的。我们将分析材料色散和波导色散如何相互作用，以及它们如何导致脉冲展宽，从而限制数据传输速率。此外，我们还将简要提及偏振模色散（PMD）及其对高速传输的影响。 第三章：光信号的接收与检测 当光信号经过长距离传输后，其能量会衰减，并且可能受到噪声的干扰。本章将聚焦于光信号的接收端，阐述如何有效地检测并恢复这些微弱的信号。我们将详细介绍各种光电探测器的基本工作原理。首先是光电二极管（PD），我们将分析其光电转换机制，以及其内部的pn结如何在外加电压下产生光电流。我们还将讨论不同类型光电二极管的特性，如PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。 APD因其内部增益机制，在接收微弱光信号时具有显著优势。本章将详细解析APD的倍增效应，即光生载流子在电场作用下产生二次载流子，从而实现信号的放大。我们将讨论APD的倍增因子、噪声系数以及其在不同工作条件下的性能表现。 除了探测器本身的特性，接收电路的设计对于信号的有效恢复至关重要。我们将探讨跨阻放大器（TIA）在光接收模块中的作用，它如何将探测器产生的光电流转换为电压信号，并分析其带宽、增益和噪声特性。随后，我们将引入滤波器在信号处理中的作用，解释如何利用低通滤波器和匹配滤波器来抑制噪声，并优化信号的信噪比（SNR）。 第四章：光信号处理与增强技术 为了克服传输过程中的损耗和失真，以及提高系统的性能，各种光信号处理和增强技术应运而生。本章将重点介绍这些关键技术。 首先，我们将深入探讨光放大器。我们将详细介绍掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理，包括其泵浦机制、能量传递过程以及三能级体系模型。我们将分析EDFA在C波段和L波段的放大特性，以及其在长距离光通信系统中的关键作用。此外，我们还将简要介绍其他类型光放大器，如半导体光放大器（SOA）及其应用场景。 接着，我们将讨论光信号的再生技术。与传统的电再生相比，光再生技术避免了光电转换，具有更高的效率和更低的损耗。我们将介绍其中几种具有代表性的光再生技术，如基于非线性光学效应的再生器，以及基于光开关的再生方案。 为了应对色散带来的挑战，本章还将介绍色散补偿技术。我们将详细讲解色散补偿光纤（DCF）的原理，它如何通过其负色散特性来抵消传输光纤的色散。此外，我们还将介绍光栅补偿器和可调谐色散补偿器等技术，分析它们各自的优缺点和适用范围。 第五章：光信号在现代通信网络中的应用 本章将跳出单点传输的范畴，将视角转向光信号在宏大的通信网络中所扮演的角色。我们将深入探讨光信号在各种通信基础设施中的核心地位。 首先，我们将介绍光纤到户（FTTH）技术。我们将分析FTTH的架构，包括光网络单元（ONU）和光线路终端（OLT）的作用，以及无源光网络（PON）技术，如GPON和EPON的原理。我们将阐述FTTH如何通过利用光信号的宽带特性，为家庭用户提供高速互联网接入。 其次，我们将探讨数据中心光通信。数据中心内部需要传输海量的数据，光信号凭借其高带宽和低延迟的优势，成为连接服务器、交换机和存储设备的首选。我们将分析数据中心光互连的挑战，以及针对这些挑战开发的光模块和光互连解决方案。 此外，我们还将简要介绍光信号在其他领域的应用，例如城域网（MAN）和长途骨干网的建设。我们将讨论如何利用波分复用（WDM）技术，在单根光纤中传输多个不同波长的光信号，从而极大地提高光纤的传输容量。我们将区分波分复用（WDM）、粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWDM）的原理和应用差异。 第六章：面向未来的光信号传输 光信号传输技术仍在不断发展，本章将展望未来。我们将探讨下一代光通信技术的发展趋势，包括更高阶的调制格式，如PAM4等，以及超高光谱效率的传输技术。我们将讨论空分复用（SDM）技术，即利用光纤中多个空间模式来提高传输容量。 同时，本章还将关注光信号处理的智能化和软件定义化。我们将探讨如何利用机器学习和人工智能技术来优化光网络的性能，实现更灵活的网络管理和更快的故障检测。最后，我们将简要提及光计算和光互感等前沿领域，这些领域都离不开对光信号的深入理解和精确控制。 本书目标读者： 本书面向所有对光信号传输原理及其在现代通信系统中应用感兴趣的读者。这包括但不限于通信工程、电子工程、物理学等相关专业的本科生、研究生、研究人员以及从事通信技术相关工作的工程师。即使您并非光通信领域的专业人士，本书也将为您提供一个清晰、易懂的学习路径，帮助您掌握光信号传输的核心知识。 本书特点： 理论与实践相结合： 本书在深入阐述理论原理的同时，也引介了实际应用中的关键技术和解决方案。 由浅入深： 从基础概念出发，逐步深入到复杂的原理和技术，适合不同知识背景的读者。 内容全面： 覆盖光信号的产生、传输、接收、处理及应用等各个方面。 语言通俗易懂： 避免使用过于晦涩的专业术语，力求清晰地解释复杂概念。 结构清晰： 各章节之间逻辑严谨，内容递进，便于读者理解和掌握。 我们相信，通过本书的学习，您将能够更深刻地理解光信号传输的奥秘，并对未来的通信技术发展有更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书在探讨OFDM的应用场景时，确实展现了其前瞻性和实用性。书中详细介绍了OFDM技术在4G、5G等移动通信系统中的关键作用，以及它如何解决高速数据传输所面临的挑战。我印象最深的是关于OFDM在Wi-Fi技术中的应用，书中的描述让我对我们日常使用的无线网络有了更深的理解。原来，我们享受的流畅上网体验，背后有OFDM这样一项功不可没的技术在支撑。书中还提及了OFDM在一些新兴领域的应用，比如可见光通信（VLC），这让我感到非常新奇。我之前从未想过，光信号也能承载如此高速的数据传输，而OFDM在这其中扮演了什么样的角色，又面临哪些特殊的挑战，这些都引起了我极大的兴趣。我特别好奇，与传统的射频OFDM相比，可见光OFDM在硬件设计、信道建模以及系统性能优化方面，会有哪些显著的不同。这本书的价值在于，它不仅关注主流技术，还积极探索未来的发展方向，为我们提供了广阔的视野。

评分☆☆☆☆☆

这本书我入手很久了，一直想找个时间好好拜读一下。封面设计简洁大气，书的装帧也很扎实，拿在手里很有分量感，一看就是那种经过精心打磨的学术专著。我之前对无线通信领域一直很感兴趣，特别是涉及到一些比较前沿的技术，像OFDM这种概念，虽然听过很多次，但总觉得隔着一层纱，不是那么清晰明了。这本书的标题就直击我的兴趣点，尤其是“正交频分复用”这个关键词，我一直在想，它到底是怎么实现“正交”的？这其中涉及到的数学原理会不会很深奥？还有“无线光”这个组合，又会带来哪些与传统射频通信截然不同的挑战和机遇？我非常期待书中能够详细阐述 these fundamental principles，并且用一种易于理解的方式来解释复杂的概念，最好能配上一些清晰的图示和公式推导，这样我才能真正地消化吸收。当然，对于“应用”的部分，我也充满好奇。在实际的无线通信系统中，OFDM是如何被实现的？它在哪些方面展现出了显著的优势？我希望这本书能够带我深入了解这些实际落地的问题，比如在高速数据传输、多用户接入、抗干扰等方面，OFDM究竟扮演着怎样的角色，它的优点和局限性又体现在哪里？这对于我理解整个无线通信技术的发展脉络至关重要。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我感觉自己对于某些无线通信技术的基础理论有了更深刻的认识。尤其是在理解信号在不同信道下的传播特性方面，书中的一些描述让我豁然开朗。我一直对无线传输中的衰落和干扰问题感到困惑，不知道为什么信号会时有时无，或者出现奇怪的失真。这本书在介绍OFDM的原理时，巧妙地将这些实际问题融入了理论讲解中，例如它如何通过将宽带信号分割成多个窄带子载波来对抗频率选择性衰落，这个思路确实很巧妙。我特别喜欢书中对“子载波正交性”的解释，它不像我之前看过的某些资料那样生硬地罗列公式，而是通过一些类比和形象化的描述，让我能够直观地感受到为什么这样设计能够有效地避免子载波之间的干扰。此外，书中对于OFDM系统中的关键技术，比如循环前缀（CP）的作用，也进行了细致的剖析。我之前只知道CP是为了解决符号间干扰（ISI），但具体是如何做的，以及CP的长度如何选择，书中给出了一些非常实用的指导。这让我意识到，一个看似简单的技术背后，往往蕴含着精巧的设计和深厚的理论功底。总的来说，这本书在理论深度和讲解的清晰度之间找到了一个很好的平衡点，对于想要深入了解OFDM技术的读者来说，绝对是一本值得推荐的参考书。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的某些章节对我来说确实是一个不小的挑战。当我翻阅到关于信号调制解调算法的详细推导时，感觉自己仿佛置身于一个抽象的数学海洋。书中的公式推导非常严谨，逻辑链条清晰，但对于我这种数学基础不算特别扎实的读者来说，需要花费大量的精力去理解每一步的含义。我反复阅读了好几遍，试图弄懂其中的数学原理，比如QAM、PSK等调制方式在OFDM系统中的具体应用，以及它们与子载波之间的对应关系。书中的一些图表虽然试图辅助理解，但由于涉及的变量和参数较多，有时还是会让我感到有些吃力。不过，即便如此，我仍然认为这本书的价值是巨大的。它提供了一个非常详尽和全面的理论框架，让读者能够从最底层的原理开始，逐步深入到OFDM技术的各个层面。我知道，如果我想真正掌握这项技术，并能将其应用于实际的工程设计中，就必须克服这些数学上的障碍。所以，我并没有因为难懂就放弃，而是把它当作一个学习的机会，尝试着去攻克每一个难点。我期待通过反复研读，能够逐渐理解其中的奥妙，并将其转化为自己的知识储备。

评分☆☆☆☆☆

从这本书的整体风格来看，它更偏向于学术研究和技术深度挖掘。语言比较专业，行文逻辑严谨，很少有那种通俗易懂的比喻或者故事穿插。这对于正在进行相关专业学习或者从事相关研究工作的读者来说，无疑是非常有益的。它提供了一个扎实理论基础，让你能够深入理解OFDM的每一个细节，并且可以作为解决实际问题的参考。不过，对于那些只是想对OFDM有一个大概了解的初学者来说，这本书的门槛可能会稍高一些。我建议这类读者在阅读之前，可以先阅读一些入门级的读物，对OFDM有一个初步的认识，然后再来啃这本书，这样可能会更容易消化。书中对参考文献的引用也相当丰富，为读者提供了进一步深入研究的线索，这一点做得非常到位。总的来说，这本书更适合那些希望在OFDM领域深耕细作的读者，它是一本值得反复研读的工具书，能够在你的学习和研究过程中提供持续的帮助。