无线激光通信调制方式性能分析
无线激光通信技术应用分析
无线激光通信技术应用分析蔡凤福【摘要】无线激光通信(Wireless Optical Communication)又称自由空间光通信或大气激光通信,是近年来出现的通信热点,它是以大气或者自由空间为媒介,让载波激光在大气中传输有效信息的一种新型的通信技术.无线激光通信有无线电通信的便利性,同时也继承了光纤通信的绝大部分优点,尤其是大通信容量的特点.它凭借着传输速率高、方便灵活、保密性好、抗于扰性强等特点脱颖而出,在民用和军用上得到了广泛的应用,成为一种极具竞争力的新兴的通信技术.文章主要介绍无线激光通信的基本工作原理,分析了无线激光通信关键技术技术,以及国内无线激光通信应用的现状,供大家参考.【期刊名称】《中国新技术新产品》【年(卷),期】2010(000)012【总页数】1页(P29)【关键词】FSO;激光;无线;宽带接入【作者】蔡凤福【作者单位】广东公诚通信建设监理有限公司,广东,广州,510610【正文语种】中文1 无线激光通信的基本原理无线激光通信不是用光纤作为传输媒介，而是以大气为媒质，通过激光或光脉冲在太赫兹(THz)光谱范围内传送信息的通信系统；其传送终端在原理上与光纤传送终端十分相似，但由于用在接入系统，因而组成更为简单。
激光具有普通光的一切特性，即折射、反射、透射、衍射和干涉等，但它比普通光具有更优良的特性，即单色性(激光光波都具有相同的频率)好，强度高，相干性与方向性好，因此激光束的发散角度小，能量集中在很小的范围内，接收器可获得比微波高几个数量级的功率密度。
无线激光通信本质上也是一种无线电通信，但它与一般无线电通信相比又有区别。
在无线激光通信系统中多了两个转换过程，即在发送端进行电一光的转换，在接收端进行光一电的转换。
一个光传输系统，所用的基本技术，也就是光电的转换。
在点对点传输的情况下，每一端都设有光发射机和光接收机，具有全双工的通信能力。
通常把待发送的信息源(语言、文字、数据、图像等)，通过信号转换设备(话筒、摄像机等)转换成模拟或数字电信号，然后把这些信号输入光调制器，调制到一个由激光器产生的激光束(激光载波)上，并控制这个载波的某个参数(振幅等)，使它按电信号的规律变化。
光纤通信中的信号调制和调制技术
光纤通信中的信号调制和调制技术随着信息时代的来临，通信技术得到了极大的发展，无线通信、光纤通信、卫星通信等各种通信技术日益成熟，其中光纤通信技术是现在最为先进的通信技术。
而在光纤通信中，信号调制和调制技术起到了至关重要的作用。
一、光纤通信中的信号调制在光纤通信中，信号调制是将传输的信息信号转化为可被光纤传输的光信号的过程。
信号调制的目的是为了将信息信号的能量集中在较低频率的带宽内，使其易于传输。
根据调制方式的不同，信号调制可以分为多种类型，下面介绍其中的几种。
（一）直接调制直接调制又称直接调幅，是一种较为简单的调制方式。
当需要传输的信息信号为模拟信号时，可以采用此种调制方式。
直接调制的原理是利用信息信号的幅度来影响激光器的能量输出，使激光的输出光强随着信息信号不断变化。
（二）间接调制间接调制是一种基于调频原理的调制方式。
在间接调制中，需要先将信息信号进行频率的变化处理，再通过调制器将这个变化的信号和激光光源产生的信号组合起来形成调制后的光信号。
（三）频率调制频率调制是一种利用载波频率来表示信息信号的调制方式。
这种调制方式可以将信息信号的幅度和频率在一定程度上综合起来，产生调制后的光信号。
频率调制常用于数字信号的传输中，它能够将大量的数字信息编码成频率变化的波形，便于光纤传输和解调。
（四）相位调制相位调制是一种利用信息信号的相位来调制光信号的调制方式。
这种调制方式可以在保持基频不变的情况下，改变光信号的相位，从而传输信息。
相位调制通常用于数字信号的传输，它利用相位变化编码数字信号，能够实现高速传输和宽带通信。
二、信号调制技术除了信号调制本身，信号调制技术也是光纤通信中不可或缺的一部分。
信号调制技术主要是通过改变信号在不同频率下的幅度、相位或频率来调制光信号，实现信号在光纤中的传输。
（一）PSK调制PSK调制是一种利用相位差来表示数字信号的调制方式。
在PSK调制中，有多种不同的调制方式，包括BPSK、QPSK、8PSK 等等。
无线激光通信技术及相关问题探讨
论。
关键词 ： 无线激光通信 ； Ｐ ； 冲位 置调 制； Ａ Ｔ脉 大气影响 中图分 类号 ：Ｐ ９ 文献标志码 ： Ｔ ３１， Ａ
０ 引 言
无线激光通信（ ｉｌｓ ｃ ｏ ｍ ｎ ａｏ）又称为大气激光通信（ｒ ｐｃ Ｌ ｅ Ｃｎｎ ｆａｏ）是一种新兴的 Ｗ ｒｅ ａＣｍ ｕｉｔｎ ， ｅｓ０ ｌ ｃｉ Ｆ ｅ ａ ａ ｒ ｏ ｍ ｅｉ ， ｅ Ｓ ｅ ｓ ￣ ｉ ｔｎ 通信方式。它以大气为媒介， 用激光或者光脉冲传输分组数据， 其传输速度类似予光纤传输 ， 又不需要无线电频率使用 许可 ， 元需在频谱资源方面做很大的初始投资， 另外具有无须线路铺设、 移动性强、 通信容量大、 光束方向性好、 保密性高
的特点 ， 是一种具有广泛应用前景 的通信技术 ［ 。本文对无线激光通信技术的特点和应用进行介绍 ， 并就 相关 问题 进行
研究 。
１ 无线激光通信技术 系统组成
无 线激光通信是一种点对点 的定 向通信技术 ， 主要包 括发 射系统和 接收 系统两部分ｎ２， 、 其原理如 图 １ Ｊ 所示 。
发射过程的逆过程 。光 学接 收天 线 接收 到经 过信 号调 制 的激 光信 号 ， 送到 光 检 测器 ， 变换 为 电信 号 ， 过信 号 处 理 经
收稿 日期 ：ｏ８ ｌ ２ ２ ｏ 一Ｏ —ｌ
第～作者简 介 ： 张洪宪（９ ５ ， ， 江温岭人 ， 州职业技术 学院信息 电子 系副教授 ， 学硕 士 ， １６ 一） 男 浙 杭 理 主要研 究方 向为量子
维普资讯
第ｌ ７卷第 ３期
２０ ０８年 ５月
无线激光通信中的光调制技术
移动通信方面的教学与科研工作 。
将 信 息 加 载 于 激 光 的 过 程 就 是 调 制 。 高 效 、 可 靠 和 抗 干 扰 性能 强 的 的调 制 技 术是 高传 输 率 、低 误 码 率 通 信 的保 证 ，对 提 高 系 统 性 能 发 挥 着 很 重 要 的 作 用 ， 通 信 技 术 研
张 长 森 （ ９ １ ９６ ） 男 ， 副 教 授 ，研 究 生 导 师 ， 长 期 从 事 矿 井 监 控 和 ，
关 注 ，在 ２００１年 被 评 为 世 界 十 大 通 信 技 术 热 点 之 一 … 。 无 线 激 光 通 信 系 统 中 ，信 息 要 在 大 气 中 传 播 ，就 必 须 解 决 如 何 将 信 息 加 到 激 光 上 去 进 行 传 输 的 问 题 ， 这 种
究 人 员 竞 相 以 此 为 无 线 激 光 通 信 中 的 关 键 技 术 而 展 开 了 。 本 文 对 光 调 制 技 术 作 一 个 系统 的 介
绍和 分 析 ，对 比 了其 优 缺 点 ，对 采 用 不 同激 光 光 源 的不 同 系 统 选 用 合 适 的 调 制 方 式 时 有 一 定 参 考 价 值 。 目前 ， 实 现 激 光 调 制 的 方 法 ． 根 据 调 制 器 与 激 光 器 的 关 系 可 以 分 为 内调 制 （ 接 调 制 ） 外调 制 两 种 。 直 和
二 、 内调 制 及 其 应 用 前 景
内 调 制 是 信 号 对 光 源 本 身 直 接 调 制 ， 以 调 制 信 号 改 变激 光 器 的振 荡参 数 ，通 过 偏 置 电 流 的变 化 或 改 变激 光 管 的 腔 长 等 ，从 而 改 变 激 光 器 输 出 特 性 以 实 现 调 制 ， 加 载 信 号 是 在 激 光 振 荡 过 程 中 进气 衰 减 后 变 得 很 微 弱 的 情 况 下 ， 这 种 调 制 方 式 无法 保 证 通 信 的可 靠性 与 全 天 候 ，且 通 信速 率很 难 提 高 ，不 能 很 好 的 发 挥 光 通 信 的频 宽优 势 。
无线激光通信调制方式性能分析
无线激光通信调制方式性能分析摘要:本文详细地分析了五种典型无线激光通信调制方式:OOK、PPM、DPPM、DPIM和DH-PIM,并结合无线激光信道特点,对各种调制方式的平均发射功率、带宽需求和误时隙率进行了分析比较。
结果表明:DPPM、DPIM和DH-PIM更具有优势,更适合于未来无线激光通信系统。
关键词:无线激光通信调制方式发射功率带宽误时隙率无线激光通信作为一种新型通信技术,可实现宽带传输,组网机动灵活,无需频率申请,且抗电磁干扰,保密性好,因此具有良好的应用前景。
适用于强度调制/直接检测无线激光通信系统的调制方式主要包括:开关键控调制(OOK)、各类脉冲位置调制(PPM)和脉冲间隔调制(DPIM)等。
本文在分析OOK、PPM、DPPM、DPIM和DH-PIM调制结构的基础上,对这几种调制方式的性能进行了分析比较。
通过分析可知PPM类调制方式与其它调制方式相比,它可以用较低的占空比实现高能量利用率,并可提高信道的抗干扰能力,是最适合作为未来无线激光通信的调制方式。
1 调制结构分析1.1 开关键控调制(OOK)在OOK调制方式中,对二进制信息比特进行逐比特的调制。
通过激光器的开断来生光脉冲,当所要发送的信息为“1”时,激光器在对应时隙内发送一个光脉冲;当所要发送的信息为“0”时,激光器完全关闭,在对应的时隙内不发送光脉冲,利用光信号的通断实现信息传输。
1.2 脉冲位置调制(PPM)单脉冲位置调制(L-PPM),是将一个二进制的M位数据组映射为由L=2M个时隙组成的时间段上的某一个时隙处的单个脉冲信号,其符号间隔为:T=log2L/Rb,被分为L个时隙。
如p数字脉冲间隔调制(DPIM)与PPM类似,也是一种脉冲位置调制方式。
但是DPIM调制每个符号所包含的时隙数不是固定的:分为无保护时隙和有保护时隙两种。
有保护时隙的DPIM调制方式通常采用一个保护时隙,这样可以有效地减少码间串扰的影响,该调制方式的符号Sk(k是符号所表示的十进制数)的时隙个数为k+2,脉冲在每个符号的起始时隙上,后加一个保护空时隙,再加上k个空时隙来表示信息。
大气无线激光通信心疼
无线激光通信概念图 光学接收 机
激光器
调制器
发射机光学天 线
接收机光学 天线
调制器 激励器 光信号
无线电接 收机
编码器 已还原信号 信息 信息信 号
解码器
因此ATP是光通信成功的关键所在。使之始终保证双方处于对准状态。光天线在接收到光 信号之后，经过光学分束，信标光的一部分至粗对准探测器，输出信号由粗对准控制，驱 动粗对准机完成粗对准，信标光的另一部分经精对准机构，分光片至精对准探测器，由精 对准控制器控制精对准机构王城双方的精确对准和跟踪，信号有信号探测器检测。在发送 端和接收端各有一个光收发信机，将需要传送的信息调制到激光信号上，通过大气信道传 输到接收端。由于大气对光信号具有衰减效应，大气湍流还会引起光斑的漂移，因此在收 发端机用自动跟踪瞄准系统来修正大气湍流残剩的光斑漂移，但是由于大气中存在多种随 机现象，接收机检测到的关心好会有强度的起伏和光斑中心的随机抖动。而对于短距离激 光通信我们也可以采用望远镜, 2.光发射机主要包括激光器，调制解调器，核心是激光器。激光器需要两只，一只是信标 激光器，一只是信号激光器。信标激光器用作ATP系统，信号激光器具有良好的光束质量 和频率响应。激光器的波长应该选择比较成熟的技术，具有良好的可靠性。 3.接收机主要包括光探测，低噪声前置放大和信号处理电路。光探测器的主要功能是（1） 探测对方发过来的信标光，确定信标光的位置，计算位置误差信号，驱动ATP单元，校正 接收天线的方向和完成天线的粗对准。（2）在粗对准完成之后，利用信号光在四象限探 测器上的位置，由ATP系统完成双方天线的精对准和跟踪。（3）探测双方发过来的光信号， 解调出有用的信息 4.信号源的信号可以是语音，图像和数据以及视频，经过编码后，调制为双方约定的格式， 有天线发射出去，编码可以采用开关键控，相位调制编码ppm等 5.通信信道 大气中的各种自然现象会对光信号的传输照成影响，但他们会对不同波长的光照成的影响 不一样，所以选择合适的波长的光来保证光信号传输足够远的距离。这里窗口就是在介子 中合适某段激光传送的波段。
COOFDM 传输系统调制方式分析2
COOFDM 传输系统调制方式分析(2)CO-OFDM 传输系统调制方式分析在多模光纤、POF 或光无线系统中，接收端有多种光模式，OFDM 信号必须用光强表示（用光强表示时系统是线性的）。
也就是说调制信号必须是正极实值信号，然而基带OFDM信号是双极性的。
因此，如何产生单路的OFDM 实值信号成为研究重点，目前有两种解决方案，即直流偏置光OFDM（DCO-OFDM）和非对称限幅OFDM （ACO-OFDM）。
DCO-OFDM 系统就是将OFDM 信号的时域波形加一个直流偏置电压，使双极性的信号波形向上平移，变为单极性的。
但是，由于参加直流偏置电压，不仅会导致峰均比（PARR）过高，降低系统性能，还降低了光功率利用率。
ACO-OFDM 系统是将OFDM 的负值信号削掉，只保存正值信号，这样会导致严重的子载波干扰（ICI），但是如果只保存奇数频段信号，子载波干扰只落在偶数频段，这样就不用外加直流偏置电压，不仅提高了光功率利用率，还能有效改善ICI。
1.2 光场调制—单模系统根据单模光纤系统特性，只能采用光场调制，不能采用光强调制，根据接收器的接收方式，O-OFDM 大致上可以分为两类：相干光OFDM（CO-OFDM 和直接探测OFDM（DD-OFDM）。
相干光 OFDM （CO-OFDM）：这种形式的OFDM 信号和无线通信中的在OFDM 一样，不过光载波替代RF 载波。
由于涉及到相干探测，对发送和接收端的本振激光器要求很高。
如果射频 OFDM 信号经过光调制器调制到光波上，光波中包含光载波和射频信号，在接收端，可以直接利用光电探测器进行探测，光电流中包含射频的OFDM 信号，经过滤波即可提取出所需的射频OFDM 信号。
由于CO-OFDM 信号的解调需要本振光源，并且对发射器和接收器的光源带宽要求很高（<100MHz），因此实现本钱很高。
CO-OFDM 中仍然存在本证信号的频率、跟踪，以及相位的估计校正问题。
基于PPM和RS码的无线光通信系统性能分析
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｃｏｄｉｎｇ ｄｏｓｅ ｎｏｔ ｎｅｃｅｓｓａｒｉｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ
进入９０年代后，随着大功率半导体激光器器件的研制成功、激光技术、光电 探测等关键技术和日益完善与成熟，以及空间通信需求的日益增加，无线光通信 重新唤起了人们的热情，在探索大容量、高数码通信的研究中自由空间光通信技 术悄然复苏并逐渐走向实用化【３】。１９８８年，巴西ＡＶＩＢＲＡＳ宇航公司研制出一种便 携式半导体自由空间光通信系统，其外形如一架双筒望远镜，在上面安装了激光 二极管和麦克风，将一端对准另一端即可通信，通信距离１ ｋｍ，如果将光学天线 固定下来，通信距离可达１５ｋｍ。１９８９年美国ＦＡＲＡＮＴＩ仪器公司研制出一种短距
ＰＰＭ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
Ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ
ｌ玛ｃｏｄｅ
西安电子科技大学 学位论文独创性（或创新性）声明
秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。
ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｐａｃｋｅｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ．Ｓｏ ｔｈｅ ＰＰＭ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｒｅ ｐｒｏｐｉｔｉｏｕｓ ｔｏ ｔｈｅ ＦＳＯ ｓｙｓｔｅｍｓ．
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万方数据
无线激光通信调制方式性能分析
作者：赵婷， 陈宇， 宋宇， 闫志强， 张景萃， 齐雷
作者单位：长春理工大学电信学院,长春,130022
刊名：
科技资讯
英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
年，卷(期)：2011(16)
1.何攀;李晓毅;侯倩基于LED的紫外光通信调制方式研究[期刊论文]-光通信技术 2010(4)
2.毛昕蓉;李荣无线光通信调制技术的性能分析[期刊论文]-通信技术 2009(42)
3.柯熙政;席晓莉无线激光通信概论 2004
4.David JT;David R Wisely lan Neild et OPtieal wlreless:the story so far 1998
1.柯熙政.陈锦妮.KE Xi-zheng.CHEN Jin-ni无线激光通信类脉冲位置调制性能比较[期刊论文]-激光技术2012,36(1)
2.赵丽丽.王挺峰.孙文涛.郭劲无线激光通信协议的设计[期刊论文]-中国光学2011,04(6)
3.卫斌.杨乾远.徐林.朱宏韬.WEI Bin.YANG Qian-yuan.XU Lin.ZHU Hong-tao一种用于大气激光通信透明传输的光端机[期刊论文]-光通信技术2010,34(7)
4.李国军.敬守钊.黄自力.唐湘成.LI Guo-un.JING Shou-zhao.HUANG Zi-li.TANG Xiang-cheng无线激光通信光发射模块的研究[期刊论文]-电子设计工程2011,19(5)
5.王鹏.邢柳.马永青.WANG Peng.XING Liu.MA Yong-qing无线激光通信APT系统设计[期刊论文]-光通信技术2011,35(3)
本文链接：/Periodical_kjzx201116019.aspx。