西安邮电无线光通信总结

题型：填空、名词解释、简答题、论述题，1.无线光通信——赵优点：带宽资源丰富，不受限制；无需费用；无多径衰落；光路对准，安全性高；光束窄、不可见，难于发现和截取（监听）；空间容量高，可以共享频率；期间小、轻，成本低；信道间干扰小；无需开挖道路，易于安装；对身体无害；功耗低；电磁干扰影响小缺点：传输容量小，区域覆盖和漫游；不支持移动用户；只有对单个用户；准确地”指出”或一致；高的光学路径损耗（高传输功率）；multipath-induced（多通道感应）色散产生码间干扰(ISI),从而限制了数据率约几Mbps；环境光降解性能的联系；路径损耗高,一般50-70分贝水平分离5米；严重的多径色散~16Mbps；高的光学传输能力是必需的分类：可见光通信，自由空间光通信，无线红外通信，紫外光通信，水下光通信面临的挑战：环境光源，阻塞和阴影，定位和跟踪，不良天气大气2.大气光传输——伍1电路图：PointA驱动电路光源大气光检测器接收端pointB通信距离2大气成分对光通信的影响1、吸收定义：指大气分子对电磁波能量的吸收，在微波和毫米波段，氧和水汽是大气气体吸收的主要成分。氧分子具有磁偶极矩，水分子具有剩余电偶极矩。2、吸收的性能及特点：吸收和波长有关，光子的能量转换为内部能量，产生吸收尖峰，氮气和氧气,这是两种最丰富,且有助于吸收红外光谱的一部分。3三种散射及其性能1、瑞利散射:主要发生在气体中，还发生在透明的液体和固体之中，它一种光学现象，属于散射的一种情况。又称“分子散射”。粒子尺度远小于入射光波长时（小于波长的十分之一），其各方向上的散射光强度是不一样的，该强度与入射光的波长四次方成反比，这种现象称为瑞利散射。原因：光在空气中传播由于氧气和氮气引起的瑞利散射2、米氏散射:粒子直径大于入射光波长的十分之一到直径等于入射光的波长，这种散射主要由大气中的微粒，如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。米氏散射的辐射强度与波长的二次方成反比，散射在光线向前的方向比向后的方向更强，方向性比较明显。特点：1、由于米氏散射衰减值可以达到数百dB/公里2、雾天最高可达300dB/km3、干扰通信链路甚至不到100米的距离计算波长相关性wavelengthdependent：3、非选择性散射：粒子的大小大于入射波长。4总消光系数：（totalextinctioncoefficient）：βTβS~scattering散射βm~scatteringduetomolecules分子散射βp~scatteringduetoparticles粒子散射βa~absorption吸收5能见度:是反映大气透明度的一个指标，航空界定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够看清楚目标轮廓的最大距离。能见度和当时的天气情况密切相关。当出现降雨、雾、霾、沙尘暴等天气过程时，大气透明度较低，因此能见度较差。测量大气能见度一般可用目测的方法，也可以使用大气透射仪、激光能见度自动测量仪等测量仪器测试。6背景噪声:与电力线或变电站的无线电干扰出现与否无关的系统总噪声称为背景噪声。在环境影响评价（EIA）中，背景噪声是指除研究对象以外所有噪声的总称。背景噪声在不同的情况下对光传输性能的影响：1会引起信号波形的畸变2光纤通信系统中，系统的噪声往往是影响接收灵敏度的主要因素，也是衡量系统性能的一个重要参数。在光纤通信系统中出现的噪声，噪声主要有热噪声和散弹噪声。热噪声：由带电粒子在导电媒介中的布朗运动引起的，包括发生于有源器件内部的载流子或电子发射的随机性而形成散弹效应起伏过程的散弹噪声和引起电路中电流或电路两点间电位差不停起伏的电阻热噪声。散弹噪声：是由真空电子管和半导体器件中电子发射的不均匀性引起的3.自由空间光通信——薛1.FSO概念：指以激光光波作为载波，大气作为传输介质的光通信系统。2.FSO通信参数：（1）接收信噪比（2）误码率（3）信道3.自由空间光通信（FSO）的应用：（1）城域网的扩展（2）企业、校园互连（3）军事应用以其高保密性和安装快捷的特性广泛的应用于军事场所（4）无线基地台数据的回传（5）其他应用：卫星间通信、灾难复原、作为光纤的补充、视频会议、临时通信4.FSO特点：（1）利用激光和光探测器提供出无光纤的光学连接。（2）传输数据、语音和视频的速度能够达到Gbps（3）全双工(双向)能力（4）波长:750nm-1550nm（5）窄视场接收机和窄的低功率传输光束；高效的光学干扰抑制和高的光学信号增益；只适用于点对点通信(户外和室内)；可以支持移动用户使用跟踪功能；用于以下协议:以太网、千兆以太网、FDDI、ATM。廉价(成本约4美元/Mbps/月)。5.自由空间光通信优点：自由空间光通信结合了光纤通信与微波通信的优点，具有大通信容量、高速传输的优点。（1）高数据率:2.5Gbps目前和10Gbps在不久的将来。（2）低成本：不需要许可。安装成本比铺设纤维低。没有沉没成本，没有资本过剩。（3）高度传输安全。（4）快速部署和可重构(易于使用)6.自由空间光通信的调制技术大气传输激光通信系统是由两台激光通信机构成的通信系统，它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号（声音或数据），接收并解调来自对方的激光脉冲信号，实现双工通信。图1所示的是一台激光通信机的原理框图。图中系统可传递语音和进行计算机间数据通信。受调制的信号通过功率驱动电路使激光器发光，从而使载有语音信号的激光通过光学天线发射出去。另一端的激光通信机通过光学天线将收集到的光信号聚到光电探测器上，然后将这一光信号转换成电信号，再将信号放大，用阈值探测方法检出有用信号，再经过解调电路滤去基频分量和高频分量，还原出语音信号，最后通过功放经耳机接收，完成语音通信。当开关K掷向下时，可传递数据，进行计算机间通信，这相当于一个数字通信系统。它由计算机、接口电路、调制解调器、大气传输信道等几部分组成。接口电路将计算机与调制解调器连接起来，使两者能同步、协调工作；调制器把二进制脉冲变换成或调制成适宜在信道上传输的波形，其目的是在不改变传输结果的条件下，尽量减少激光器的发射总功率；解调是调制的逆过程，把接收到的已调制信号进行反变换，恢复出原数字信号将其送到接口电路；同步系统是数字通信系统中的重要组成部分之一，其作用是使通信系统的收、发端有统一的时间标准，步调一致。7.射频与混合网如何应用RFwirelessnetworks射频无线网络(1)广播射频网络不可伸缩(2)射频不能提供非常高的数据速率(3)射频的安全系数低(4)高概率的检测/拦截(5)受雾和雪的影响不严重,受到雨水的影响比较严重混合无线光通信/射频链接（1）高可用性(99.99%)（2）比单一的射频更高的吞吐量（3）最大的灵活性需要无光照射频队列应用远程医疗和视频会议自由空间光通信系统8.光源与检测器光发射机：FSO光源工作波长激光类型备注850VCSEL便宜,非常可用,没有主动冷却,可靠~10gbps1300-1550Fabry-Perot/DFB寿命长,兼容EDFA,40gbps50-65倍的力量相比,780-850nm10000量子级联激光器(QCL昂贵,非常快速和高度敏感，理想的室内元件(没有渗透通过窗口)光探测器：探测器材料/结构波长nm反应特性敏感性增益硅PIN300–11000.5~34dBm@155Mbps1InGaAsPIN1000–17000.9~46dBm@155Mbps1硅APD400–100077~52dBm@155Mbps150InGaAsAPD1000–1700910Quantum–wellandQuatum-dot~10,0009.大气湍流的定义，影响其的参数；对自由光通信的影响：自身，分级技术，电路性能因素，光栅起伏，引起光污染之类的（1）大气湍流定义：由于太阳辐射和气象因素所产生的大气温度的微小随机变化(1℃)所导致的大气风速的随机变化而形成。（2）影响大气湍流参数：如温度、湿度、气压、风速等（3）大气湍流的功率谱密度Cn2：折射率结构常数k：波数，kl=3.3/l0,k0=1/L0l0和L0：湍流的内尺度与外尺度（4）CN2：大气折射率结构常数，表示大气湍流的强弱强湍流Cn22.5x10-13弱湍流Cn26.4x10-17中等湍流6.4x10-17Cn22.5x10-13(5)湍流对自由空间光通信大气传输的影响激光束强度、相位和传输方向均会受到扰动而出现相应的随机变化与激光束束宽ω和湍流尺寸l的相对大小相关2ω/l1时，主要引起光束的随机漂移2ω/l≈1时，光束截面产生随机偏转，形成到达角起伏2ω/l1时，光束截面内包含许多湍流漩涡，引起光束强度的起伏、相位起伏和光束扩展10.抑制大气湍流的方法（1）针对光束漂移和扩展问题，可通过增加激光束散角和发射功率来加以克服，但会加大系统其它部分的设计难度(2)提高探测器的动态响应范围在一定程度上可解决光强闪烁造成的接收信号衰落问题，但受器件制造水平的限制(3)新技术：大孔径接收、分集、部分相干光传输、时域处理与阈值优化、自适应光学、信道编码(RS编码、LDPC编码等)与前向错误校正(FEC)等技术11.大气湍流未来的研究方向：光信号大气湍流信道传输的衰落模型。自适应乘性噪声滤波技术适合于无线光通信应用的收、发端机AO系统实现不同大气湍流影响抑制技术的收、发端机体系结构12.自由空间光通信设计原则：空地激光通信总体设计方案中有关通信链路通信时段的选择一般应遵循以下的原则:由于夜晚时段大气湍流强度较弱,空地激光通信可多选择夜晚时段;晴天天气条件下,空地激光通信应避免在太阳光强烈的中午时段建立通信,建议多使用清晨和下午的时段;阴天天气条件下,背景光和大气湍流效应对空地激光通信链路的影响较小,因此只要链路通信光能量能满足链路功率分配指标要求,空地激光通信链路适合在阴天天气条件下进行。13.自由空间光通信（FSO）存在的问题：（1）FSO是一种视距宽带通信技术，传输距离与信号质量的矛盾非常突出，当传输超过一定距离时波束就会变宽导致难以被接收点正确接收。目前，在1km以下才能获得最佳的效果和质量，最远只能达到4Km。多种因素影响其达不到99.999%（五个9）的稳定性。（2）FSO系统性能对天气非常敏感是FSO的另一个主要问题。晴天对FSO传输质量的影响最小，而雨、雪和雾对传输质量的影响则较大。据测试，FSO受天气影响的衰减经验值分别为：晴天，5-15db/km、雨，20-50db/km、雪，50-150db/km、雾，50-300db/km。国外为解决这个难题，一般会采用更高功率的激光器二极管、更先进的光学器件和多光束来解决。（3）城市内，由于建筑物的阻隔、晃动将影响两个点之间的激光对准。（4）激光的安全问题也会影响其使用，超过一定功率的激光可能对人眼产生影响，人体也可能被激光系统释放的能量伤害。所以产品要符合眼睛安全标准4.可见光通信——康一、可见光通信的优点安全性好、使用的标准IEEE802.15.7Task、噪声源、有限范围、移动有限、低功耗、体积小、抗电磁干扰性强。可见光通信的缺点质地脆，机械强度差；光前的切断和接续需要一定的设备和技术二、系统结构：计算机、可见光无线集线器、可见光通信适配器、白光LED光源、光电探测器及相应信号处理单元组成。三、光源：“用户光源”（装在适配器上，具有较小的发射面积，且经过简单的准直），“主光源”（白光LED阵列灯，也可用于室内【通信和照明】）四、链路结构特点：上行链路：终端发射基站接收下行链路：基站发射和终端接收。（上下行链路特点：可同时收发信息）发射包括白光LED光和相应信号处理单元，接收部分主要是光电检测器和相应信号单元VLC的技术限制因素白光LED有限的带宽限制了传输速率改进技术：蓝光过滤、预均衡技术、后均衡技术、OFDM、波分复用（ＷＤＭ）、高阶调制格式、光ＭＩＭＯ技术1.预均衡技术：均衡效果；荧光粉LED的带宽扩展到了45MHz；采用NRZ-OOK实现了80Mb/s，