【正文】 鏡 目鏡圖49 伽利略型光學天線折射式天線系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：對光無遮擋，加工球面透鏡較容易，通過光學設計易消除各種像差，且物鏡組牢固穩(wěn)定，長期使用不易變形。所以在實際FSO系統(tǒng)中很少采用這種光學天線。其主要有牛頓系統(tǒng)，格里高利系統(tǒng)和卡塞格倫系統(tǒng)。夾角的平面反射鏡）和使發(fā)散光變成平行光的透鏡構成，如圖411所示。圖411 牛頓型光學天線2)格里高利系統(tǒng)他主要由拋物面主鏡、位于主鏡焦點之外的橢球面次鏡和透鏡構成。次鏡的物和像分別位于橢球面的兩個焦點上，因此整個系統(tǒng)沒有球差，該系統(tǒng)的主要缺點是軸向尺寸較大。拋物面主鏡的焦點和雙曲面次鏡的虛焦點重合，從而使整個系統(tǒng)沒有球差，該系統(tǒng)的優(yōu)點是：口徑可以做的較大；不產(chǎn)生色差且可用波段范圍較寬；采用非球面鏡后，有較大的消像差能力，光學系統(tǒng)結構簡單，像質優(yōu)良。圖413 卡塞格倫型光學天線，對于輸入口徑為的高斯光束，其中心口徑為的部分無法得到利用。反射式天線的發(fā)射光束的形成依靠對光波幾乎全反射的旋轉拋物面。反射式光學天線具有對材料要求不太高、重量輕、成本低、光能損失小、不存在色差等優(yōu)點。實用的反射式天線為了避免像差，視場一般比較小。這類天線是由反射鏡和折射鏡組合的天線。但這種天線系統(tǒng)體積較大，加工困難，成本也比較高。大氣損耗是整個系統(tǒng)的一個重要的指標，大氣損耗可分為大氣衰減和大氣湍流一起的損耗。光功率衰減由朗伯比爾定律描述為[8]: Γ(λ，z)== (51)式中Γ(λ，z)為傳輸距離z處的相對光功率。為大氣總的衰減系數(shù)，它由四部分組成，可表示為： σ(λ)= + ++ (52)式中的分別為大氣分子的吸收和散射系數(shù)；和分別為大氣氣溶膠的吸收和散射系數(shù)。這時可由 σ(λ)= (53)（其中V是能見度（km）；q是散射粒子尺度分布，與能見度有關）得到波長為1550nm光在不同天氣情況下的衰減系數(shù)和能見度。由于傳輸方向的隨機起伏造成光束偏離預期位置，這種效應稱為光束漂移，通常采用漂移角或漂移幅度來度量。當激光通過湍流大氣時，由于傳輸路徑上折射率的隨機起伏，使得光束截面內(nèi)各點的強度也產(chǎn)生隨機起伏，即閃爍現(xiàn)象。估計這個噪聲對FSO系統(tǒng)的影響程度，對于系統(tǒng)指標的分配非常重要。在湍流系數(shù)一定的情況時，大氣閃爍引起的衰減隨著傳輸距離的增大而快速增大。激光束經(jīng)發(fā)射光學系統(tǒng)準直以后，光束發(fā)散角一般可達到1mrad以下。顯然，激光發(fā)散角越小，光束擴展損耗就越小。當高斯光束離開束腰較遠時，其遠場發(fā)散角為 θ= (55)因此，當L ?時，L處光斑半徑可以表示為 =z*θ (56)假設接收望遠鏡正處于接收光斑中心，那么接收光功率占接收端光斑功率的比率為 ==1 (57)式中，R=D/2 ，為透鏡半徑。下圖中描述了光束擴展損耗隨著接收光斑直徑的變化的情況，同時比較了接收天線口徑為50mm和100mm的光束擴展差異。另外，我們設定接收透鏡的口徑為100mm，得到光束擴展損耗與傳輸距離的關系如下圖所示。 第6章 系統(tǒng)仿真及性能分析OptiSystem是一款創(chuàng)新的光通訊系統(tǒng)模擬軟件包，它集設計、測試和優(yōu)化各種類型寬帶光網(wǎng)絡物理層的虛擬光連接等功能于一身，從長距離通訊系統(tǒng)到LAN和MAN都適用。它的性能可以通過附加的用戶器件庫和完整的界面進行擴展,而成為一系列廣泛使用的工具。巨大的有源和無源器件的庫，參數(shù)的掃描和優(yōu)化允許用戶研究特定的器件技術參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。圖61 FSO通信系統(tǒng)模型圖圖61為多發(fā)多收的FSO系統(tǒng)模型圖，隨機信號發(fā)生器產(chǎn)生的隨機沖信號，轉換成NRZ信號后調(diào)制連續(xù)激光器（CW laser），經(jīng)MachZehnder外調(diào)制器調(diào)制后的信號經(jīng)WDM Mux復用器后經(jīng)過光學發(fā)射天線送入信道。 自由空間光通信的傳輸介質是以大氣為傳輸介質，前文提到大氣對信號的傳輸影響很大，特別是在不同的天氣狀況下的影響也截然不同。表61 典型天氣下傳輸損耗天氣損耗（dB/km）晴1小雨3小到中雨5中到大雨/小雪/薄霧10暴雨/中雪/薄霧17大暴雨/大雪/濃霧30通過一些數(shù)據(jù)分析晴、小雨、小雪的天氣小對系統(tǒng)的傳輸質量影響較接近也比較小。由表61可知在比較惡劣的天氣下信號衰減量為30dB/km。通過接受和發(fā)送的信號比較，可以大體估計該系統(tǒng)接受的性能，基于FSO系統(tǒng)發(fā)送信號如圖62所示，接收信號如圖63，64所示。為了更好的分析系統(tǒng)的整體性能，仿真系統(tǒng)的終端接入了誤碼分析儀，將通過眼圖分析來定性系統(tǒng)的性能。如圖65所示，為基本調(diào)制下FSO系統(tǒng)的接收端要圖。2）交叉點比例反應信號的占空比大小，由于傳輸過程中光信號的脈沖寬度將會被展寬導致接收側的交叉點相對于發(fā)送側上移，為了有利于長距離傳輸保證接收側的交叉點比例一般在50%左右使得系統(tǒng)接受測的靈敏度最高。3）眼圖的張開寬度決定了接收波形可以不受碼間串擾影響而進行抽樣再生的時間間隔。由圖65可以看出在一個周期的二分之一左右間隔出進行抽樣可以減小碼間串擾的影響。4）消光比定義為眼圖中的“1”電平和“0”電平的值，根據(jù)不同的速率、傳輸距離有不同的要求，消光比太高將導致激光器的啁啾系數(shù)太大，從而導致通道代價超標，不利于長距離傳輸。這里我們主要分析誤碼率BER和Q因子。Q因子被定義為在最佳判斷點，信號與噪聲的比值。圖66 Q 因子圖第6章 系統(tǒng)仿真及性能分析圖67 BER圖通過結合圖66和圖67可以看出。通過對FSO系統(tǒng)的設計和仿真測試，驗證了自由空間光通信方案的正確性和可行性。第7章 總結 自由空間光通信近來受到人們越來越多的重視，隨著人們對帶寬需求的不斷增長，高速的空間光通信的系統(tǒng)的研究成為一個重要的課題。這種方案可以很好的應用在低速的FSO系統(tǒng)，但是在高速的自由空間光通信系統(tǒng)中遇到了很大的挑戰(zhàn)。因此本文提出了基于光纖輸出、光纖輸入的FSO系統(tǒng)。由于光纖非常精細，在對準過程中難免產(chǎn)生誤差，我們對接收天線的視場角進行了分析，發(fā)現(xiàn)對于耦合至單模光纖的情況，系統(tǒng)所允許的視場角非常小，而大氣也會對光束的傳播方向造成影響。鏈路損耗是FSO系統(tǒng)中另外一個重要的問題，只有對鏈路損耗進行了合理的分析，我們才能對整個鏈路進行合理的功率預算，合理的設計光發(fā)射端機，接收端機。FSO系統(tǒng)受霧天的影響非常嚴重，可以采取微波備份的方法來抵抗這種不利的影響。它的設計及性能影響到FSO系統(tǒng)耦合效率，及能否有效的對抗風力及建筑物的晃動的影響。參考文獻參考文獻[1]朱震，陳凌，“自由空間光通信技術”，無線光通信技術，2003年第1期:2226。[3]David L. ,Mark A, “Fiber coupled transceivers in pointtopoint and pointtomultipoint optical wireless systems ”,Proceedings of SPIE,2001(4530):717.[4] Edward M,Koichi A, Tadaaki M, Koichi T, “Experimental demonstration of nextgeneration FSO munication”,Proceeding of SPIE，2006(6390). [5] 潘松， DSP 技術．西安：西安電子科技大學出版社，2003。[12]李花寶，[J].成都信息工程學院學報，2008,23（2）；208213.譯文致謝從論文選題到搜集資料，從寫稿到反復修改，期間經(jīng)歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫作論文的過程中心情是如此復雜。首先我要感謝我的導師盧靜老師。在閑聊中她總是能像知心朋友一樣鼓勵你，在論文的寫作和措辭等方面她也總會以“專業(yè)標準”嚴格要求你，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復修改、潤色，老師始終認真負責地給予我深刻而細致地指導，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。 還要感謝我的室友們。對室友們的幫助表示真摯的感謝。此刻我的心中卻有些悵然若失，因為那些熟悉的通信的恩師們和各位可愛的同學們，我們也即將揮手告別了。也就是在這里，給我的大學生涯畫上了第一個句號。在此，我真誠的向你們道一聲：“謝謝！”附錄附錄附錄一：不同距離下PIN和APD管的選擇——屬于上述類型，采用APD管接收。——屬于上述類型，采用APD管接收。——“A” 表示采用的是APD管接收。2) 人身誤差: 由于人的感覺器官和運動器官的限制所造成的誤差。比如：讀錯刻度，念錯讀數(shù)等。比如：電橋中的標準電阻，示波器的探極線等都含有誤差。4) 使用誤差: 又稱為操作誤差，是指在使用儀器過程中，因安裝，調(diào)節(jié)，布置，使用不當而引起的誤差。外文資料原文外文資料原文Analysis of spectrally efficient two‐way relay assisted free space optical systems in atmospheric turbulence with path lossParul Puri, Mona AggarwalFree space optics (FSO) is a lineofsight (LOS) technology that uses lasers to provide optical bandwidth connections. It is a simplified and cost effective extension of optical fiber munication that is capable of carrying out highrate munication at licensefree bandwidth. In recent times, significant research has been conducted to bring out the potential of indooroptical wireless munication systems. However, the challenges faced are due to the unpredictable atmospheric conditions.The FSO channel can be characterized by atmospheric turbulence induced scintillationto provide LOS multihops for tackling distance dependent turbulence fading. The performance of serial and parallel FSO relaying systems (2) to analyse the performance of the system considering the effects of atmospheric turbulence induced scintillation and molecular absorption induced propagation losses。 Parul Garg,它是一種簡化的光纖通信，可實現(xiàn)高速通信許可證免費的帶寬?成本有效延伸。然而，面臨的挑戰(zhàn)是由于不可預知的大氣條件。在它給出的鏈接范圍超過1km，大氣湍流引起的衰減強度增加，由于多次散射的影響。串行和并行通信中繼系統(tǒng)性能進行了研究，從中斷和錯誤的概率。這是由于一個事實，即通過單中繼的用戶終端之間的一個圓的通信需要四個時間段的完整的數(shù)據(jù)交換。它已經(jīng)在無線電頻率（RF）進行通信，雙向中繼基于解碼轉發(fā)（DF）協(xié)議，采用線性網(wǎng)絡編碼（LNC）要求完成數(shù)據(jù)交換節(jié)點之間通過中繼兩時隙。描述了一個多源單目標FSO系統(tǒng)和顯示誤碼率（BER）提高網(wǎng)絡編碼的合作（netcc）比傳統(tǒng)的非合作方案。此前，在雙向，多中繼，netcc FSO系統(tǒng)描述。然而，三個時隙用于完成數(shù)據(jù)傳輸，使系統(tǒng)的頻譜效率?；谡`碼率分析（SER），中斷概率，和twrfso系統(tǒng)容量仍然是一個開放的研究領域。我們完成一個完整的特性，所提出的系統(tǒng)通過分析系統(tǒng)的中斷，錯誤的性能，和可達到的能力。此外，進行分析考慮獨立但不一定同分布（）通道。這項建議背后的基本思想是設計一個FSO系統(tǒng)攔截降解的氣候條件也是頻譜效率。該系統(tǒng)的一個完整的特性已被中斷概率的封閉形式的表達式進行查找，SER為二進制和非二進制的FSO系統(tǒng)，和網(wǎng)絡實現(xiàn)的容量區(qū)域?？傊Y果是兩個節(jié)點之間的通信，不能建立直接的聯(lián)系因為距離較大或在障礙物的存在建立一個可行的解決方案建立twr