光通信原理5PPT课件

自由 空间
宽带数据传输： 数百M～ 10Gbps
LEO H<1000k m
指令传输： 几Mbps
10～15km
～5km
地面站
地球
大气层顶 ～20km
按空间信道分类
空-地无线激光通信系统的特点：
1、空间光束不可避免地通过大气随机信道 2、大气随机信道对激光传输的影响随海拔高度增
加而迅速减小 3、上行链路和下行链路经过的信道截然不同 4、上行链路和下行链路的传输码率往往不对称 5、对星上和地面终端的要求不同 6、大气信道使得空间光束的跟瞄更困难
按制式分类
相干光通信系统
比特
激光调制器
光场
接收光场
本振 光源
光电 探测器
RF滤波器
射频解码 器
载波追踪
按制式分类
在相干光通信中剧达接收端的信号光场Es，可用复数 表示为：
E sA sexp[ i(0ts]
式 中 A s 为 光 信 号 的 幅 度 ， 0 为 光 载 波 频 率 ， s 为 光 场 相
光通信技术 第七章
无线激光通信系统
第七章 无线激光通信系统
7.1 无线光通信系统分类与制式 7.2 无线光通信系统组成 7.3 无线光通信终端的基本器件 7.4 无线光通信的关键技术
7.1 无线光通信系统分类
按空间信道分类：
GEO H>20000km
上行链路 下行链路
MEO
1000
～
20000km
在多进制幅度键控（MASK）中一个脉冲（存在M种不
同的幅值），可以代表 log 2 M个比特。在光学组编码编码中，
使用M个光场（脉冲）代表
lo个g 2比M特。由于b<M,所以相
同的系统带宽的情况下，信息传输速率（比特/s）比OOK降
低。
例如：用8个光场代表3个比特构成的组，8个光场不同 的组合代表不同的3比特的组成： 000、001、010、011、 100、101、110、111。
PPM光场
接收机 +
光电探测器
位积分器
位时钟
（V1，V2，。。。Vm） 在一帧上的位积分
选择最大值 Vi
解码PPM 字节
输入光场经光电检测器后通过同步位置时钟在每一个位 置上进行积分，然后对在一个帧时间上所收集到的位置积分 序列（ v1， v2， v3， v4......vm）进行最大值比较，其中最大的一 个表示这一帧上的信号位置。
按制式分类
比特
PPM编码器
PPM帧
激光
PPM光场
采用脉冲光学系统，适合于直接检测接收机。 激光器 只需要以帧的速率产生脉冲，工作脉冲重复频率为：
1/Tf 1/MTs PPM发送机发送的比特的速率为：
R lo g 2 M M T s （ b it/ s ）
按制式分类
PPM解码器必须决定在包含光脉冲的一个帧时间内的M 个缝隙的那一个出现脉冲。
按空间信道分类
星间无线激光通信系统的特点：
1、激光的信道为自由空间 2、上行链路和下行链路的传输码率不对称 3、对GEO、MEO和LEO终端的要求不同 4、通信距离在20000km以上。 5、激光发散角很小 6、ATP技术要求高
按空间信道分类
地面无线激光通信系统的特点：
1、激光的信道为大气随机信道 2、双工系统传输码率对称 3、相对移动的平台需要ATP系统 4、通信距离在1km以上。 5、光束发散角较大 6、激光发射功率受ITUT标准的限制。
+ 前放
Tb 0
v
解码比特
阈值判别
图 接收机和解码器
按制式分类
二进制IM/DD系统：
曼彻斯特编码：
曼彻斯特码利用一个半占空的对称方波（如01）表示数 据“1”，而其反相波（如10）表示数据“0”。
0
编码激光强度
0
T2 b
T b
1
0
T2 b
T b
按制式分类
光场 光电探测器 i(t)
+ 前放
Tb 2 0
称 为 中 频 。
如 果 信 号 光 与 本 振 光 频 率 相 同 , 则 L F 0 ， 称 为 零 差
按制式分类分类
二进制IM/DD系统：
开关键控（ On Off Keying ——OOK）编码：
在OOK编码中，每一比特时间内光脉冲处于开或关的状 态。每个“1”比特编码为一个光脉冲，而每个“0”比特则以 一个关闭比特(无光场)进行编码。
光场 光电探测器 +
前放
主放
i(t) 阈值判别 解码比特
光场 光电探测器 L ) 2 R P s P L c o s (L F t s L ]
式 中 R 为 探 测 器 的 响 应 度 ， P s和 P L分 别 是 信 号 光 和 本 振 光
的 光 功 率 ， L F 为 信 号 光 频 与 本 振 光 频 之 差 ， L F0L
位 。 本 振 光 场 Ｅ Ｌ 为 ：
E LA Lex p [ i(L t L ]
如 果 信 号 光 与 本 振 光 具 有 相 同 的 偏 振 态 ， 则 两 光 场 相 干 混 合 在 探 测 器 上 产 生 的 光 电 流 为 ：
I s R （ P s P L ) 2 R P s P L c o s (L F t s L ]
按制式分类
PPM——脉冲编码调制是较为流行的一种光学组编码方 式。在PPM系统中，一个光脉冲位于M个相邻时间位置之一 上来代表某一数据组， 如图所示：
8PPM (NRZ)
Ts
PPM 帧M 个 位 PPM帧
PPM帧（Tf )
M个间隙构成一个PPM帧或长度为Tf秒的字节。因此， 数据字节由脉冲在帧中的位置决定。
Tb Tb 2
v 1
比较出 最大值
v
v 2
v1
2
图 曼彻斯特编码系统接收机
解码比特
如图，若v1小于v2，输出判定为“1”，反之输出判定为 “0”。曼彻斯特系统脉冲持续时间为比特时间的一半。因此 与00K系统相比，解码积分器具有更短的时间间隔(更大的带 宽)。
按制式分类
多进制IM/DD系统——光学组编码
7.1 无线光通信系统分类
按制式分类：
•强度调制的直接检测（IM/DD）系统
•光外差系统。
其中（IM/DD）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ASK、FSK和PSK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。多进制系统最流行的光学组编码方式为脉冲位置 调制（Pulse Position Modulation ——PPM）。