【正文】 ，其中 K 分布被廣泛的接受，用以模擬強湍流對光波的傳輸影響。在這種情況下，光波的輻射場可以被近似為 0 均值的高斯分布，因此光強分布近似于負(fù)指數(shù)分布。 圖 24 對數(shù)正態(tài)分布概率密度曲線 12 圖 25 對數(shù)正態(tài)分布概率密度曲線 （ 2） K 分布模型 正態(tài)分布模型很好的符合了弱湍流環(huán)境下低階歸一化光強的實驗測量數(shù)據(jù)，并且由于其概率密度函數(shù)比較簡單，易于建模仿真，因此正態(tài)分布模型被廣泛應(yīng)用于大氣信道的理論分析中。2?χ?/28?χ2 } () 其中 I = I02，式 ()表明，大氣閃爍的幅度特性由接收平面上某點光強 I 的對數(shù)強度方差 ?I2表征。?χ?)22?χ2} () 為了求出振幅 A = A0exp(χ)的概率密度函數(shù)，引入概率變換 PA(A) = Pχ(χ = lnA)|dχdA| () 以及 dχ dA? = 1/A，則有 PA(A) = 1√2π?χAexp{? .lnAA0。令 A 為波的振幅，并假定 ua為實數(shù)，則有 Α = |E| = (ua2 +2uaur +ur2 +ui2)1 2? () ?I? = ?A2? = ua2 +?2 () ?2 = ?ur2?+ ?ui2? = 2?ur2? () 若 ur = ui = 0，則強光閃爍的概率分布即為對數(shù)正態(tài)分布。他們應(yīng)為高斯隨機變量。分析如下： 當(dāng)一束光線沿 z 方向傳播，遇到漩渦即出現(xiàn)散射過程時，接收機所接收到的光強分布與散射的性質(zhì)有關(guān)。因此，大氣信道模型的研究對于設(shè)計一個優(yōu)良的無線光通信系 統(tǒng)具有巨大的理論價值。大氣中氣體分子、水霧、雪、氣溶膠等粒子，幾何尺寸與激光波長相近甚至更小，這就會引起光的吸收和散射，特別在強湍流情況下，光信號將受到嚴(yán)重干擾。因此，研究大氣隨機信道對激光傳輸?shù)挠绊?，用有效的手段克服大氣的干擾，保證在隨機信道條件下系統(tǒng)的正常工作，對無線光通信來說也 是十分必要和緊迫的。大氣中的氣體分子、水霧、氣溶膠、霾等粒子的幾何尺寸與半導(dǎo)體激光波長相近甚至更小，這就會引起吸收、散射等大氣衰減效應(yīng)；大氣的湍流運動會引起光斑的漂移和閃爍等大氣湍流效應(yīng)。強度調(diào)制的解調(diào)為包絡(luò)檢波法，直接根據(jù)門限判決。此外，光接收模塊與光發(fā)射模塊一起協(xié)調(diào)工作，共同完成通信任務(wù)。在光接收機中為了知道光輸入功率和光輸入損耗情況，還應(yīng)設(shè)置光輸出監(jiān)視和告警電路。放大和處理 電路的作用是將微弱的電信號放大并作適當(dāng)處理。由 PIN 光電二極管和雪崩光電二極管的特點可知，雪崩光電二極管的響應(yīng)速度和和光電轉(zhuǎn)換效率都比 PIN 光電二極管好，而且雪崩二極管是具有自己增益功能的光電器件，但是需要高壓發(fā)生器，不過權(quán)衡利弊 APD 管還是無線光端機的首選光敏元件 [24]。用于光通信的光電探測器主要有兩種，一種是 PIN 光電二極管（ PINP），另一種是雪崩光電二極管（ APD）。光接收模塊由光電探測器和放大、處理電路兩個主要部分組成。示意如圖 22。為了既能夠顯著提高通信質(zhì)量，又可以避免無線光端機成本大幅增加，合適的選取通信路數(shù)就尤為重要。 （ 1） 多光束傳輸 在點到點的光纖通信中，由于光在光纖中傳輸，不會受到大氣、落葉、雨、雪、霧等環(huán)境的影響，但是在自由空間通信中，則會受到這些條件的影響。 光天線 無線光通信系統(tǒng)的光天線實際就是光學(xué)透鏡，按照具體情況選取不同的透鏡型式。 （ 4）光自動功率控制 由于激光器的發(fā)射功率會隨著激光器的老化，溫度的變化等原因而變化。以此，我們首選 PECL 電平，其次為 ECL 電平。無線光端機要實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送，傳送速度從 155Mbps 到 ，甚至更高，顯然只有 PECL 電平和 ECL 電平才能滿足要求。根據(jù)無線光通信系統(tǒng)中光端機的特點和技術(shù)實現(xiàn)的難易程度，本系統(tǒng)選擇光強度調(diào)制。在光通信中，強度調(diào)制使用最普遍，是一種成熟的調(diào)制方式。無論是外調(diào)制還是內(nèi)調(diào)制，每一種調(diào)制方法都有各種不同的調(diào)制形式，主要有脈沖調(diào)幅、脈沖調(diào)寬和脈沖調(diào)頻。把被信息信號調(diào)制了的電信號直接加到光源上（或電源）上，使光源發(fā)出隨信息信號變化的光信號稱為內(nèi)調(diào)制。既然作為信息載體的激光具有振幅、頻率、相位、強度、偏振等參量，如果利用某種物理方法改變光載波的某一參量，使其按照調(diào)制信號的規(guī)律變化，那么，激光就受到了信號的調(diào)制，達到了運載信號的目的。 表 21 發(fā)射功率限制值 可見光 紅外 紅外 紅外 發(fā)射波長 650nm 850nm 1310nm 1550nm 最大發(fā)射功率 808nW 10nW (2) 信號調(diào)制 激光是一種光頻帶內(nèi)的電磁波，要用激光作為信號的載波，就必須要解決如何將信號、信息加到激光輻射出去的問題，如果用激光通信，就需要將信號加載于激光，由激光“攜帶”信息通過一定的傳輸通道送到接收器，再由光接收器鑒別并還原成原來的信息，從而完成通信的目的。 若是在室外使用，允許激光器發(fā)射功率為幾百毫瓦，這些系統(tǒng)一般置于樓頂?shù)雀咛帯?1550 納米的紅外光波大部分都被角膜吸收，照射不到視網(wǎng)膜，因此，相關(guān)安全規(guī)定允許 1550 納米波長設(shè)備的功率可以比 850 納米波長設(shè)備高兩個等級。 850 納米的設(shè)備相對便宜，一般應(yīng)用于傳輸距離不太遠的場合。 (1) 激光器 由于大氣分子的衰減，散射和吸收，并不是每個頻率的激光都可以用來在大氣中傳輸信號。 圖 21 無線光端機的原理框圖 光發(fā)射模塊 光發(fā)射模塊主要接收光管理模塊傳給的電信號，并將它放大后，以光的形式發(fā)送出去。光信號經(jīng)大氣信道傳輸，到達接收端，光學(xué)接收天線對接收到的光信號進行聚焦，再送到光檢測器，經(jīng)放大恢復(fù)后成原來的電信號，送到電接收機解調(diào)成原信息 [19]。無線光通信系統(tǒng)主要由大氣信道、光發(fā)送機、光接收機、光學(xué)天線 (透鏡組和濾波片 )、電發(fā)送機、電接收機、 電源等組成，有的還備有遙控、遙測等輔助設(shè)備。 弟 5 章是本文的 總結(jié) 。 第 3 章在簡要介紹信道估計原理的基礎(chǔ)上，分析了常用的信道估計算法，并提出了基于OOK 調(diào)制的 FSO 半盲信道估計算法。 第 2 章在分析了無線光通信構(gòu)成和大氣信道特點的基礎(chǔ)上，闡述了大氣信道對無線光通信的影響。自動跟蹤系統(tǒng)采用雙波長同光路接收鏡筒和高靈敏度位敏探測器，實現(xiàn)靈敏的伺服跟蹤，并在簡化通信系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)，降低成本上具有特色和創(chuàng)新 [18]。上海光機 (中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所 )所承擔(dān)的“無線激光通信系統(tǒng)”具有雙向高速傳輸和自動跟蹤功能。 中科院成都光電技術(shù)研究所引進國外公司先進的激光器及其附屬電路，利用自己在光學(xué)器件上的優(yōu)勢，開發(fā)出了工作波長為 850 納米，可以傳輸 l 公里、 4 公里兩種距離的兩款產(chǎn)品 [17]。 桂林三十四所 [15]的產(chǎn)品的主要性能參數(shù)有以下一些，傳輸速率： 8Mb/s，34Mb/s， 155Mb/s；工作波長： 850 納米；通信距離： l4Km；光發(fā)射功率：小于 40mW。主要進行了選擇最佳通信波長、對探測系統(tǒng)濾波器的研究、對天線系統(tǒng)的研究和對整個空間激光通信系統(tǒng)的概念性研究。國內(nèi)現(xiàn)在從事空間激光通信研究的主要有華中科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、國防科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)以及北京、大連、合肥、上海長沙等地的一些單位 [14]。其 FSO 產(chǎn)品采用高規(guī)格設(shè)計，最先進的技術(shù)及優(yōu)良的性價比，距離范圍為 200 米 4000 米。美國 LightPointe 公司目標(biāo)是在 1 公里及以下的距離提供 OC48 的傳輸速率 [12]。加拿大 FSONA 公司的目標(biāo)就是 4 公里連接，雖然對 500 米至 2 公里的需求量更大，該公司擁有 BT(英國通信 PLC)實驗室研發(fā) 的技術(shù)，可以從窗戶外直接將信號傳到辦公室。 由于寬帶接入市場需求的推動，同時由于相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展和進步，無線光通信又重新受到重視，國外目前已有多家公司開發(fā)了商品化產(chǎn)品，并在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。到 90 年代 ,隨著各種與其相適應(yīng)的技術(shù)的發(fā)展與成熟 ,大氣信道的研究也逐漸成熟 ,無線光通信技術(shù)開始進入民用領(lǐng)域。在 80 年代初，歐洲、美國、以色列及日本的軍事機構(gòu)和宇航機構(gòu)都成功地使用了大氣激光傳輸，但由于可靠性、經(jīng)濟性以及市場方面的原因未能商用化。從 1961～ 1970 年 ,光通信的研究主要集中于利用大氣作為傳輸媒介的光傳輸實驗。此后 ,由于光源的頻譜、方向性等技術(shù)滿足不了要求，大氣光通信的發(fā)展較為緩慢。但是由于各種原因直到 1880 年，美國著名的發(fā)明家 Alexander Graham Bell 才通過他的新發(fā)明 —— 光電話 (Photophone) ,首次實現(xiàn)了現(xiàn)代意義的無線光通信 ,其通信距離是 182. 88 m?？梢哉J(rèn)為 ,人類早期的長途通信手段 —— 烽火臺報警通信就是一種無線光通信。采用波分復(fù)用 (WDM)技術(shù)后，速率可以達到 ～ 10Gb/s。 （ 3）傳輸速率的提高 FSO 相對于其他接入設(shè)備最大的優(yōu)勢之一就是帶寬。 Cannon 公司采用一種 CCD 跟蹤技術(shù)，利用光強度或者波形來自動定位、調(diào)整發(fā)射端的位置，而提高傳輸?shù)目煽啃?。MRV 公司利用大功率連續(xù)單縱模 激光器與高靈敏度 Si 光電二極管相結(jié)合的方法來克服大氣信道帶來的衰減，減小誤碼率。 （ 2）傳輸可靠性的研究 這個方面的研究工作主要是在某地區(qū)一定通信條件下，采取必要的發(fā)射接收技術(shù)來正確進行數(shù)據(jù)的傳輸。具體有以下一些方面： （ 1）大氣信道的研究 主要研究大氣信道的空間損耗，不同氣象條件下的傳輸衰減，大氣閃爍，空氣散射，背景噪聲等。 3 無線激光通信研究方向 FSO 技術(shù)關(guān)鍵的問題在于提高傳輸?shù)目煽啃裕蛊浔M量達到電信運營商的要求。與光纖接入相比，利用無線光通信技術(shù)可以大幅減少“最后一公里”接入的費用。 城域網(wǎng)擴展應(yīng)用 除了在網(wǎng)絡(luò)核心建設(shè) SONET/SDH 環(huán)路，無線激光寬帶通信系統(tǒng)可用于擴展現(xiàn)有的都市區(qū)域光纜環(huán)路，使其能后續(xù)擴接新的無線網(wǎng)絡(luò)，并形成有線、無線綜合光傳輸網(wǎng)絡(luò)，這是向家庭用戶直接提供高速數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的最佳途徑。 (3) 無線激光通信應(yīng)用領(lǐng)域 隨著無線激光通信的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。 激光的安全問題也會影響其使用，超過一定功率的激光可能對人眼產(chǎn)生影響，人體也可能被激光系統(tǒng)釋放的能量傷害。據(jù)測試，無線光通信受天氣 影響的衰減經(jīng)驗值分別為：晴天， 515dB/km、雨， 2050dB/km、雪， 50150dB/km、霧， 50300dB/km。 無線光通信系統(tǒng)性能對天氣非常敏感是另一個主要問題 [7]。目前，在 1km 以下才能獲得最佳的效果和質(zhì)量，最遠只能達 4Km。 ，只需稍作接口的變 動就能改變?nèi)萘俊? 、星形、和網(wǎng)格形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。 另外無線光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的連接，還有如下優(yōu)點： 。在考慮到當(dāng)?shù)貧庀髼l件以后，光無線系統(tǒng)一般可得到 %的可用性。 (1) 無線激光通信的優(yōu)越性 無線光通信與微波技術(shù)相比，它具有調(diào)制速率高、頻帶寬、不占用頻譜資源等特點；與有線和光纖通信相比，它具有機動靈活、對市政建設(shè)影響較小、運行成本低、易于推廣等優(yōu)點。光的無線系統(tǒng)通常使用 850nm 或 1550nm 工作波長。高靈敏度的光接收機，將望遠鏡收到的光信號再轉(zhuǎn)換成電信號。在點對點傳輸?shù)那闆r下，每一端都設(shè)有光發(fā)射機和光接收機，可以實現(xiàn)全雙工的通信。隨著科學(xué)與社會的進步 , 無線光通信技術(shù)已成為當(dāng)今社會信息 傳播常用的手段之一，其通信鏈路有地面鏈路、地面對空間鏈路、空間對空間鏈路和空間對水下鏈路 [2]。 OnOff Keying（ OOK） 目錄 第一章 緒論 ........................................................................................................................................1 無線光通信簡介 ...................................................................................................................1 無線激光通信研究方向 .......................................................................................................3 無線激光通信國內(nèi)外發(fā)展情況 ...........................................................................................3 第二章 無線光通信系統(tǒng)大氣信道特性理論分析 ...