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1、光通信原理第1页，此课件共21页哦1 无线光通信系统分类与制式无线光通信系统分类与制式2 无线光通信系统组成无线光通信系统组成3 无线光通信的应用实例无线光通信的应用实例第2页，此课件共21页哦无线激光的优势v无需授权执照v安全保密v实施成本相对低廉v建网速度快v协议的透明性v设备尺寸小v信息容量大第3页，此课件共21页哦无线光通信系统分类无线光通信系统分类地球地球LEO LEO H1000kmH20000km H20000km MEOMEO1000100020000km20000km指令传输：指令传输：几几MbpsMbps宽带数据传输：宽带数据传输：数百数百M M10Gbps10Gbps大气
2、层顶大气层顶20km 20km 自由自由空间空间5km5km 101015km15km地面站地面站按空间信道分类：按空间信道分类：第4页，此课件共21页哦空空-地无线激光通信系统地无线激光通信系统按空间信道分类按空间信道分类星间无线激光通信系统星间无线激光通信系统地面无线激光通信系统地面无线激光通信系统第5页，此课件共21页哦按制式分类：按制式分类：无线光通信系统分类无线光通信系统分类其中（其中（IM/DD）系统为非相干通信系统，光外差系统为相干光）系统为非相干通信系统，光外差系统为相干光通信系统。光外差系统是基带信号直接对光载波进行通信系统。光外差系统是基带信号直接对光载波进行ASK、FSK
3、和和PSK等调制。等调制。IM/DD系统中有二进制系统和多进制系统。其中二进制系统脉系统中有二进制系统和多进制系统。其中二进制系统脉冲调制的最一般形式是开关键控冲调制的最一般形式是开关键控(OOK)编码和曼彻斯特编码。多进制编码和曼彻斯特编码。多进制系统最流行的光学组编码方式为脉冲位置调制（系统最流行的光学组编码方式为脉冲位置调制（Pulse Position Modulation PPM）。）。v强度调制的直接检测（强度调制的直接检测（IM/DD）系统）系统v光外差系统。光外差系统。第6页，此课件共21页哦二进制二进制IM/DDIM/DD系统：系统：按制式分类分类按制式分类分类开关键控（开关
4、键控（On Off Keying OOK）编码：）编码：在在OOK编编码码中中，每每一一比比特特时时间间内内光光脉脉冲冲处处于于开开或或关关的的状状态态。每每个个“1”比比特特编编码码为为一一个个光光脉脉冲冲，而而每每个个“0”比比特特则则以以一一个个关闭比特关闭比特(无光场无光场)进行编码。进行编码。图 接收机和解码器第7页，此课件共21页哦二进制二进制IM/DDIM/DD系统：系统：按制式分类按制式分类曼彻斯特编码：曼彻斯特编码：曼曼彻彻斯斯特特码码利利用用一一个个半半占占空空的的对对称称方方波波（如如01）表表示示数数据据“1”，而其反相波（如而其反相波（如10）表示数据）表示数据“0”
5、。第8页，此课件共21页哦按制式分类按制式分类如如图图，若若v1小小于于v2，输输出出判判定定为为“1”，反反之之输输出出判判定定为为“0”。图图 曼彻斯特编码系统接收机曼彻斯特编码系统接收机第9页，此课件共21页哦按制式分类按制式分类多进制多进制IM/DDIM/DD系统系统光学组编码光学组编码在在多多进进制制幅幅度度键键控控（MASK）中中一一个个脉脉冲冲（存存在在M种种不不同同的的幅幅值值），可可以以代代表表 个个比比特特。在在光光学学组组编编码码编编码码中中，使使用用M个个光光场场（脉脉冲冲）代代表表 个个比比特特。由由于于bM,所所以以相相同同的的系系统统带带宽宽的的情情况况下下，信信
6、息息传传输输速速率率（比比特特/s）比比OOK降降低。低。例例如如：用用8个个光光场场代代表表3个个比比特特构构成成的的组组，8个个光光场场不不同同的的组组合合代代表表不不同同的的3比比特特的的组组成成：000、001、010、011、100、101、110、111。第10页，此课件共21页哦按制式分类按制式分类PPM脉脉冲冲编编码码调调制制是是较较为为流流行行的的一一种种光光学学组组编编码码方方式式。在在PPM系系统统中中，一一个个光光脉脉冲冲位位于于M个个相相邻邻时时间间位位置置之之一一上上来来代代表表某某一数据组，一数据组，如图所示：如图所示：M个个间间隙隙构构成成一一个个PPM帧帧或或
7、长长度度为为Tf秒秒的的字字节节。因因此此，数数据据字节由脉冲在帧中的位置决定。字节由脉冲在帧中的位置决定。第11页，此课件共21页哦按制式分类按制式分类采采用用脉脉冲冲光光学学系系统统，适适合合于于直直接接检检测测接接收收机机。激激光光器器只只需需要以帧的速率产生脉冲，工作脉冲重复频率为：要以帧的速率产生脉冲，工作脉冲重复频率为：PPM发送机发送的比特的速率为：第12页，此课件共21页哦按制式分类按制式分类PPM解解码码器器必必须须决决定定在在包包含含光光脉脉冲冲的的一一个个帧帧时时间间内内的的M个个缝隙的那一个出现脉冲。缝隙的那一个出现脉冲。第13页，此课件共21页哦按制式分类按制式分类相
8、干光通信系统相干光通信系统第14页，此课件共21页哦按制式分类按制式分类外差检测及信号频谱分布外差检测及信号频谱分布第15页，此课件共21页哦按制式分类按制式分类零差检测及信号的频谱分布零差检测及信号的频谱分布第16页，此课件共21页哦按制式分类按制式分类相相干干光光通通信信最最显显著著的的优优点点就就是是接接收收灵灵敏敏度度很很高高，与与直直接接检检测测系系统统相相比比，灵灵敏敏度度可可以以提提高高1020dB，从从理理论论上上讲讲灵灵敏敏度度可可以以达达到到探探测测器器的的量量子子噪噪声声极极限限，在在BER=10-9下下，可可达达到到9光光子子比比特特，相相干干光光通通信信的的第第二二个
9、个优优点点就就是是具具有有很很好好的的频频率率选选择择性性，从从而而可可以以减减少少背背景景光光的影响。的影响。在在直直接接检检测测系系统统中中，只只能能使使用用强强度度调调制制的的方方式式对对光光波波进进行行调调制制，而而在在相相干干光光通通信信系系统统中中，可可以以具具有有调调幅幅、调调频频、调调相相等等多多种种调调制制方式方式 相相干干光光通通信信优优点点的的获获得得，是是以以其其系系统统的的复复杂杂性性为为代代价价的的，它它对对光光源源、调调制制、传传输输、接接收收的的要要求求都都要要比比直直接接检检测测方方式式严严格格得得多。多。第17页，此课件共21页哦无线光通信系统组成无线光通信系统组成第18页，此课件共21页哦无线光通信系统组成无线光通信系统组成第19页，此课件共21页哦实际应用第20页，此课件共21页哦第21页，此课件共21页哦