光通信原理與技術(shù)第七章資料

1、光通信原理(yunl)與技術(shù)大氣激光(jgung)通信共六十八頁7.1 概述(i sh)大氣(dq)激光通信的研究進(jìn)展大氣激光通信的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)大氣激光通信面臨的主要問題共六十八頁7.1.1 大氣激光(jgung)通信的研究進(jìn)展 大氣激光通信又被稱為自由空間光通信（free space optics，F(xiàn)SO）。從激光出現(xiàn)至今，激光通信技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)過了高峰-低估-復(fù)蘇三個(gè)階段。高峰期：20世紀(jì)6070年代。1961年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室和休斯公司分別用紅寶石激光器和氦-氖激光器作了大氣通信實(shí)驗(yàn)。60年代中期，co2激光器和Nd：YAG激光器的發(fā)明使大氣激光通信又向前邁進(jìn)了一步，尤其是co2激光器，它發(fā)

2、射的波長為10.6m，正好處于大氣信道傳輸?shù)拇翱?，逐漸(zhjin)成為大氣激光通信的候選光源60年代中期以后，涌現(xiàn)出了許多大氣激光通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其中包括10.6m外差檢測電視信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，傳輸距離19英里；30Mb/s脈沖編碼調(diào)制通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，傳輸距離5英里； 10.6m， 224Mb/s脈沖編碼通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等共六十八頁衰落期：20世紀(jì)7080年代。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，大氣激光通信系統(tǒng)受氣候條件的影響很大；受大氣湍流的影響，通信質(zhì)量(zhling)也很不穩(wěn)定，因此其應(yīng)用場合大受限制，無法推廣。70年代后，大氣激光通信在光纖通信研究熱潮中逐漸消退。80年代中后期，國際國內(nèi)大部分從事激光

3、大氣通信技術(shù)研究的單位相繼停止了對(duì)它的進(jìn)一步研究。在近20年的時(shí)間內(nèi)，該項(xiàng)技術(shù)沒有取得多大的進(jìn)展，大氣激光通信的發(fā)展步入了低谷。共六十八頁復(fù)蘇期：20世紀(jì)90年代至今。進(jìn)入90年代后，大功率半導(dǎo)體激光器件被研制成功并推入市場(shchng)，激光技術(shù)、光電檢測等關(guān)鍵技術(shù)也日益完善和成熟，隨著空間通信需求的日益增加，大氣激光通信重新喚起了人們的熱情。在探索大容量、高速率通信的研究中，大氣激光通信重新喚起了人們的熱情。在探索大容量、高速率通信的研究中，大氣激光通信技術(shù)悄然復(fù)蘇并逐漸走向?qū)嵱没?988年，巴西AVIBRAS宇航公司研制出一種便攜式半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)1989年，美國FARANTI

4、儀器公司研制出一種短距離、隱藏式大氣激光通信系統(tǒng)1990年，美國成功試驗(yàn)了一種適合特種戰(zhàn)爭和低強(qiáng)度戰(zhàn)爭需要的紫外光波通信系統(tǒng)，通信距離25km。與此同時(shí)，俄羅斯推出10km以內(nèi)的半導(dǎo)體激光大氣通信系統(tǒng)近年來，美國、日本、英國等相繼推出一系列大氣激光通信系統(tǒng)產(chǎn)品共六十八頁 我國對(duì)大氣激光通信的研究幾乎與國際同步1963年，開始大氣激光通信的研究1971年，電子工業(yè)部三十四所開始了大氣激光通信技術(shù)(jsh)的研究1974年，推出Nd：YAG激光大氣通信系統(tǒng)樣機(jī)1999年，中科院上海光機(jī)所分別推出了34Mb/s的激光大氣通信樣機(jī)2000年，中科院上海光機(jī)所分別推出了155Mb/s的激光大氣通信樣機(jī)；

5、信息產(chǎn)業(yè)部三十四所推出了8Mb/s的實(shí)用型近地大氣激光通信機(jī)目前國內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)推出了大氣激光通信端機(jī)產(chǎn)品，并在一些場合得到了應(yīng)用共六十八頁7.1.2 大氣激光(jgung)通信的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)無線優(yōu)勢(shì)：安裝便捷、使用方便，很適合于在特殊地形地貌及有限通信難以實(shí)現(xiàn)和機(jī)動(dòng)性要求較高的場所工作；開通周期短，成本低容量優(yōu)勢(shì)：光波頻率高，信息承載能力強(qiáng)電磁兼容優(yōu)勢(shì)：不占用無線電頻率資源、抗電磁干擾能力強(qiáng)，具有很強(qiáng)的軍事應(yīng)用價(jià)值保密優(yōu)勢(shì)：激光良好的方向性使其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)具有高度保密性；激光光束的發(fā)散角小，信息截獲難尺寸(ch cun)優(yōu)勢(shì)：光波波長短，在提供同樣增益的情況下，其天線尺寸(ch cun)要比微波、

6、毫米波通信天線尺寸(ch cun)小得多；通信終端體積越來越小價(jià)格優(yōu)勢(shì)：半導(dǎo)體激光通信系統(tǒng)的容量/價(jià)格比極具競爭優(yōu)勢(shì)功耗優(yōu)勢(shì)：由于激光方向性極強(qiáng)，因此光源只需較小的功率即可實(shí)現(xiàn)通信，通信終端功耗很低，易于遠(yuǎn)程饋電 上述優(yōu)勢(shì)中，無線優(yōu)勢(shì)和容量優(yōu)勢(shì)二者的結(jié)合一方面克服了光纖通信在靈活性方面的缺點(diǎn)，另一方面又解決了無線/微波通信在容量方面的缺點(diǎn)，因而最為人們所看重。共六十八頁7.1.3 大氣激光(jgung)通信面臨的主要問題對(duì)大氣信道衰減大及衰減隨機(jī)變量大的補(bǔ)償(bchng)技術(shù)問題大氣湍流的影響，使信道折射率發(fā)生不均勻的隨機(jī)變化，使接收光斑發(fā)生閃爍現(xiàn)象和漂移現(xiàn)象。驅(qū)動(dòng)功率小、轉(zhuǎn)換效率高、激光輸出

7、功率大、調(diào)制帶寬大及伺服系統(tǒng)簡單的激光發(fā)射器件的制作靈敏度高、噪聲特性好、適合于常溫環(huán)境下工作的接收器件的制作體積小、重量輕、光學(xué)特性好、便于安裝/調(diào)校的光學(xué)收發(fā)天線的制作背景噪聲濾除技術(shù)問題。如果采用光濾波技術(shù)，又存在激光器的頻率穩(wěn)定技術(shù)問題在機(jī)動(dòng)性要求高和工作平臺(tái)方位穩(wěn)定性差的場合下的自動(dòng)跟蹤、瞄準(zhǔn)技術(shù) 可總結(jié)為：解決全天候、高機(jī)動(dòng)性和高靈活性的穩(wěn)定可靠工作問題 共六十八頁7.2 激光在大氣信道(xn do)中的傳播特性7.2.1 大氣的特點(diǎn) 大氣是由大氣分子、水蒸氣及各種雜志微粒組成的混合物，這些粒子密度(md)最大的地方是在靠近地面的對(duì)流層，粒子密度(md)隨高度增加而減小，直至穿過電

8、離層（包含電離電子，它形成包圍地球的輻射帶）。實(shí)際粒子的分布依賴于大氣層條件。 由于溫度差異、風(fēng)等原因，大氣中的分子、微粒處于不斷的運(yùn)動(dòng)之中，其組成、濕度、密度等都在不斷的變化，使得大氣常處于湍流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)共六十八頁7.2.2 大氣對(duì)激光束傳播(chunb)的影響 大氣對(duì)激光束傳播的主要影響大氣分子(fnz)及懸浮微粒對(duì)光束的吸收與散射：導(dǎo)致光束能量損失，工程上常稱大氣衰減大氣湍流運(yùn)動(dòng)對(duì)光束的擾動(dòng)：引起光束的強(qiáng)度閃爍、光束漂移、擴(kuò)展與抖動(dòng)等現(xiàn)象，通常稱為大氣湍流效應(yīng)共六十八頁1、大氣吸收紫外區(qū)（0.20.4m）：主要的吸收來源于O3可見光區(qū)：水汽、O2 、O3 均有強(qiáng)吸收紅外區(qū)：最活躍的吸收氣體

9、分子是水汽、 O3和 CO2 。氣體分子的大量吸收譜線組成了吸收帶群，但在吸收帶之間少數(shù)幾個(gè)區(qū)域中存在相對(duì)“透明(tumng)”的“窗口”，在這些窗口中輻射透過率較高，吸收較弱，通常稱大氣窗口。共六十八頁共六十八頁2、大氣散射 大氣散射是由大氣中不同大小的顆粒的反射或折射造成的，這些顆粒包括組成大氣的氣體分子、灰塵和大的水滴。純散射雖然沒有造成光波能量的損失，但是改變了光波能量的傳播(chunb)方向，使部分能量偏離接收方向，從而造成接收光功率的下降 大氣對(duì)光的散射主要有瑞利散射、米式散射和非選擇散射（又稱幾何散射） 在近地面大氣層中，分子散射的影響是很小的，造成光能量衰減的主要原因是懸浮粒子

10、的散射共六十八頁3、大氣湍流 在大氣光學(xué)領(lǐng)域，湍流是指大氣中局部溫度、壓力的隨機(jī)變化而帶來的折射率的隨機(jī)變化。湍流產(chǎn)生許多溫度、密度具有微小差異而折射率不同的漩渦元，這些漩渦元隨風(fēng)速等快速地運(yùn)動(dòng)并不斷的產(chǎn)生和消滅。 當(dāng)光束通過(tnggu)這些折射率不同的漩渦元時(shí)會(huì)產(chǎn)生光束的彎曲、漂流和擴(kuò)展畸變等大氣湍流效應(yīng)，致使接收光強(qiáng)的閃爍與抖動(dòng)。共六十八頁大氣湍流對(duì)光束特性的影響程度與形式同光束直徑d與湍流尺度(chd)l有很大關(guān)系，大致可分為三種情況：（1）dl，這是一種更常見的情況，此時(shí)光束截面內(nèi)含有許多小湍流漩渦，各自對(duì)照射的那一小部分光束起衍射作用，是光束的強(qiáng)度和相位在空間和時(shí)間上出現(xiàn)隨機(jī)分布(

11、fnb)，相干性退化，光束面積也會(huì)擴(kuò)大，從而引起接收端的光強(qiáng)起伏，同時(shí)衰減總體接收光強(qiáng)共六十八頁在實(shí)際情況中，溫差的擾動(dòng)會(huì)使大氣不斷地混合，產(chǎn)生許多無法預(yù)料的各種尺度的湍流元，這些湍流元共同作用(zuyng)，加強(qiáng)了接收端的光強(qiáng)起伏（相同時(shí)間內(nèi)的光強(qiáng)起伏還與風(fēng)速及當(dāng)時(shí)的氣象條件有關(guān)）。因此對(duì)大氣湍流的探測和觀察是比較困難的，大氣湍流使信號(hào)探測變得不容易掌握，對(duì)大氣激光通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成很大的障礙。目前，自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)可較好的解決這一問題，但仍需對(duì)大氣湍流的變化尺度及變化規(guī)律進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)探索共六十八頁4、熱暈效應(yīng) 所謂熱暈效應(yīng)，是指大功率激光束在大氣中傳播時(shí)，激光束路徑上的大氣分子或懸浮微粒

12、將吸收部分激光能量而發(fā)熱，且足以導(dǎo)致空氣折射率發(fā)生變化，從而使激光束發(fā)生附加的彎曲和畸變等現(xiàn)象，也稱熱畸變效應(yīng) 原則上講，只要(zhyo)大氣對(duì)激光能量有吸收就會(huì)產(chǎn)生熱暈效應(yīng)，但在激光功率較低或吸收系數(shù)很小的情況下，熱暈效應(yīng)對(duì)激光束傳播影響極小，通?？刹豢紤]共六十八頁7.3用于大氣激光(jgung)通信的關(guān)鍵器件和要求半導(dǎo)體光源窄帶(zhi di)光學(xué)濾波器光學(xué)天線共六十八頁7.3.1 半導(dǎo)體光源(gungyun)1、工作波長的選擇 大氣的“通信窗口(chungku)”是工作波長選擇的重要依據(jù)。同時(shí)還要注意避開背景光的高輻射譜段。 大氣和地面對(duì)太陽光的散射形成的背景輻射，對(duì)激光大氣通信的接收機(jī)

13、來說是一個(gè)強(qiáng)的噪聲源。 由圖知，為減小背景輻射的影響，不宜采用可見波段的激光，紫外和紅外是可選擇對(duì)象共六十八頁從圖7.1可以看出，在小于300nm的紫外波段，大氣的透過率急劇下降，顯然，該波段雖然避開了太陽的高輻射(fsh)譜段，但是大氣衰減太大，因此不利于大氣激光通信。對(duì)于常用的紅外激光波段都是良好的大氣窗口。共六十八頁考慮到器件的可行性，可以認(rèn)為810860nm、15501600nm都是無線光通信中可以選擇的通信波長。從更好的抑制背景光噪聲的考慮出發(fā)，1550nm附近是更適合的通信窗口，且與目前光纖通信使用的波長一致，可用器件選擇余地大、制造水平高，價(jià)格也相應(yīng)的比較(bjio)便宜共六十八

14、頁2、發(fā)射功率的選擇 激光束在大氣中傳播時(shí)，光能量不僅會(huì)受到大氣吸收、大氣散射而衰減，還會(huì)因光束的發(fā)散造成接收光功率損耗。 隨著傳輸距離的增加，單位面積(min j)內(nèi)的光能量越來越小。對(duì)口徑一定的接收端來講，接收到的光功率也就減少了，因此在發(fā)送端往往需要通過光學(xué)天線系統(tǒng)對(duì)激光束進(jìn)行擴(kuò)束。共六十八頁當(dāng)不使用發(fā)送光學(xué)天線時(shí)，光束發(fā)散損耗較大，1550nm波長尤為顯著，在2km處損耗達(dá)到23dB，850nm的波長稍好一些(yxi)，但也達(dá)到了18dB；而使用口徑為10cm的發(fā)送光學(xué)天線后，光束發(fā)散損耗大大降低。共六十八頁 在獲得了光束(gungsh)發(fā)散損耗的范圍后，即可結(jié)合考慮大氣吸收、散射損耗

15、以及背景噪聲、大氣閃爍等因素，最終獲得激光器發(fā)送功率的下限。 由于大氣激光通信系統(tǒng)工作在近地環(huán)境，考慮到激光對(duì)環(huán)境、生物可能造成的危害，激光器的功率不宜過大，按眼睛安全標(biāo)準(zhǔn)，激光器功率應(yīng)小于17dBm，考慮到光發(fā)送天線對(duì)激光束的擴(kuò)束作用分散了激光束的能量，此限制可適當(dāng)放寬一些共六十八頁3、用于大氣激光通信的半導(dǎo)體激光器（1 ）耦合陣列：難以實(shí)現(xiàn)1W以上的大功率衍射限輸出（2）不穩(wěn)定諧振器結(jié)構(gòu)：加工技術(shù)要求太高，不適合大批量生產(chǎn)（3）單片機(jī)式有源光柵放大器：單模輸出功率?。?）含外腔結(jié)構(gòu)的多芯片器件：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需要精確調(diào)整、不適合大批量生產(chǎn)，而且衍射限功率不太高（5）外腔注入寬面積放大器：穩(wěn)定性

16、差，制作技術(shù)復(fù)雜，不能單片集成（6）主振功率放大器LD：是目前最理想(lxing)的結(jié)構(gòu)。在主振功率放大器的典型工作中，主振和功放分別偏置。主振可以固定偏置，此時(shí)光輸出功率隨加到放大器的電流呈線性變化；相反，放大器也可以固定電流偏置，輸出功率改變振蕩器電流開、關(guān)。這種能力是唯主振功率放大器所具備的優(yōu)點(diǎn)僅幾百毫安控制電流就能獲得幾瓦單模功率共六十八頁7.3.2 半導(dǎo)體光源(gungyun)的光學(xué)準(zhǔn)直1、激光器的光束發(fā)散 半導(dǎo)體激光束的發(fā)散特性可以用發(fā)散角來描述(mio sh)。發(fā)散角的定義為光功率密度下降為最大輻射方向功率密度的一半的兩個(gè)方向之間的夾角。共六十八頁 在垂直于結(jié)平面(pngmin)

17、和平行于結(jié)平面(pngmin)的方向上的發(fā)散角分別為垂直發(fā)散角 和水平發(fā)散角 。 deff為有源區(qū)的有效厚度，weff為有源區(qū)的有效寬度，為激光波長 發(fā)散角越小，方向性越好共六十八頁2、光束準(zhǔn)直準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的功能：（1）能夠(nnggu)將激光束高效率的耦合到光學(xué)天線的饋源上（2）對(duì)半導(dǎo)體激光器的輸出光束進(jìn)行整形，壓縮光束發(fā)散或光束束腰半徑，改善遠(yuǎn)場對(duì)稱性和光斑形狀共六十八頁7.3.3 窄帶(zhi di)光學(xué)濾波器 用于光信號(hào)檢測的PIN、APD等光檢測器件(qjin)均存在較大波長范圍的響應(yīng)區(qū)，因此落在這些波長范圍內(nèi)的背景光不可避免的也要形成光電流，使系統(tǒng)信噪比下降。共六十八頁背景光源抑制

18、方法：1、采用不同(b tn)的焦點(diǎn)成像或加長天線套筒對(duì)背景光進(jìn)行有效地遮擋2、采用光學(xué)濾波技術(shù)對(duì)背景光進(jìn)行抑制。 用于大氣激光通信的光學(xué)濾波器基本類型有吸收濾波器、干涉濾波器和原子共振濾波器。出于成本考慮，通常在大氣激光通信中可以使用價(jià)格相對(duì)較低的DFT干涉型光學(xué)濾波器或光纖布拉格光柵型光學(xué)濾波器共六十八頁當(dāng)光纖纖芯經(jīng)充氫處理，并使用紫外光干涉譜照射一段時(shí)間，則可在纖芯的內(nèi)形成折射率沿軸方向產(chǎn)生周期性擾動(dòng)，即形成光纖光柵。反射型光纖光柵亦稱光纖布拉格光柵（fiber bragg grating，F(xiàn)BG）。纖芯中折射率的周期擾動(dòng)將導(dǎo)致相反方向傳輸模式(msh)間的耦合，在滿足相位匹配條件時(shí)，對(duì)

19、特定波長的光波具有很高的反射率。共六十八頁在大氣激光通信系統(tǒng)中應(yīng)用(yngyng)FBG時(shí)，需要將空間光束耦合進(jìn)光纖，同時(shí)，由于FBG是有選擇地對(duì)某一波長范圍的光波進(jìn)行反射，因此還需要使用光纖環(huán)形器調(diào)整光傳輸方向，使反射的光波能夠到達(dá)光電檢測器。共六十八頁7.3.4 光學(xué)(gungxu)天線1、光學(xué)天線的作用和類型選擇 光學(xué)天線的作用：（1）在發(fā)送端，對(duì)激光束實(shí)現(xiàn)擴(kuò)束，增大激光束的束腰半徑（2）在接收端，增大接受面積，壓縮接收視野，減少背景光干擾 光學(xué)天線的結(jié)構(gòu)形式：折射式天線、反射式天線 和折反射組合式天線 在大氣激光(jgung)通信系統(tǒng)中，出于成本方面的考慮，通常選擇折射式光學(xué)天線（由一

20、組透鏡構(gòu)成）共六十八頁 折射式光學(xué)天線的主要優(yōu)點(diǎn)是成本低，光無遮擋，加之球面透鏡工藝成熟，通過(tnggu)光學(xué)設(shè)計(jì)易消除各種像差，且物鏡組牢固穩(wěn)定，長期使用不變形。 為減少表面反射，通常各透鏡還需要鍍上一層或多層針對(duì)工作波長的增透膜，如采用多層鍍膜技術(shù)，實(shí)際上此時(shí)該透鏡還起到了一定的光學(xué)濾波作用，可有效的減少背景光的干擾共六十八頁2、激光束的擴(kuò)束 激光束是一種高斯光束，高斯光束可看作是均勻球面波的一種推廣，博伊德各和戈登已證明，高斯光束的傳播軸線與透鏡主軸重合時(shí)，通過透鏡后仍為高斯光束，只不過表征高斯光束的參量發(fā)生(fshng)改變。由透鏡對(duì)高斯光束的變換規(guī)律，即可導(dǎo)出擴(kuò)束透鏡的臨界焦距。擴(kuò)

21、束透鏡的臨界焦距等于該點(diǎn)波面曲率半徑的1/2。當(dāng)透鏡的焦距大于臨界焦距時(shí)，對(duì)激光束起擴(kuò)束作用，且擴(kuò)束的最佳透鏡焦距就等于該點(diǎn)波面的曲率半徑；反之，透鏡對(duì)激光束起聚焦作用。 通常我們使用透鏡級(jí)聯(lián)的方法在較小的空間尺寸下實(shí)現(xiàn)激光束的擴(kuò)束。共六十八頁3、光束的聚焦光檢測器應(yīng)放置在光學(xué)接收(jishu)天線的焦點(diǎn)處共六十八頁7.4 調(diào)制(tiozh)方法 目前的數(shù)字光通信系統(tǒng)大多設(shè)計(jì)為強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測（IM/DD）系統(tǒng)。應(yīng)用于強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測光通信系統(tǒng)中的調(diào)制方式有很多種，其中最一般的形式是開關(guān)監(jiān)控（OOK）和曼徹斯特編碼。通常，光源由編碼脈沖波形進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，同時(shí)，直接檢測接收機(jī)對(duì)強(qiáng)度調(diào)制后的信

22、號(hào)進(jìn)行解碼。 為了進(jìn)一步提高傳輸通道(tngdo)抗干擾能力，應(yīng)用于大氣信道的光通信系統(tǒng)很多采用了脈沖位置調(diào)制（PPM）。PPM是一種正交調(diào)制方式，相比于開關(guān)鍵控調(diào)制方式，它的平均功率降低了，但是同時(shí)為此付出的代價(jià)是增加了對(duì)帶寬的需求。 共六十八頁7.4.1 單脈沖脈位調(diào)制 單脈沖脈位調(diào)制（L-PPM），是將一個(gè)二進(jìn)制的n位數(shù)據(jù)組映射為由2n個(gè)時(shí)隙組成的時(shí)間段上的某一個(gè)時(shí)隙處的單個(gè)脈沖信號(hào)(xnho)。 如果將n位數(shù)據(jù)組寫成M=（m1，m2，mn），而將時(shí)隙位置記為l，則單脈沖PPM調(diào)制的映射編碼關(guān)系可以寫成是：l= m1 +2 m2 +2n-1 mn 0，1，n-1共六十八頁例如，對(duì)于(du

23、y)一個(gè)4-PPM調(diào)制：若M=（0，0），則l=0；若M=（1，0），則l=1；若M=（0，1），則l=2；若M=（1，1），則l=3；共六十八頁單位傳信率 用來(yn li)比較不同調(diào)制方式的一個(gè)參數(shù)，是指每秒每赫茲傳輸比特?cái)?shù) =R/B（bit/（sHz） 式中R是傳輸速率（bit/s）,B是信號(hào)帶寬（Hz） 共六十八頁在相同傳信率時(shí)，單脈沖PPM調(diào)制要求傳輸碼率比OOK調(diào)制高，相應(yīng)的帶寬也大PPM的功率及頻帶(pndi)利用率兩者之間的折中率較好，IEEE802.11委員會(huì)于1995年11月推薦PPM調(diào)制方式用于速率為010MHz的紅外無線通信共六十八頁7.4.2 差分(ch fn)脈位調(diào)

24、制 差分脈沖位置(wi zhi)調(diào)制（DPPM）是一種在單脈沖PPM調(diào)制基礎(chǔ)上改進(jìn)的調(diào)制方式。對(duì)于一個(gè)L-PPM碼組，它的位數(shù)是固定的L位，其中一位為1，其他的位都為零。而L-DPPM的碼組位數(shù)是不定的，它是由一串低電平后跟著一位高電平構(gòu)成。共六十八頁DPPM調(diào)制信號(hào)將PPM調(diào)制信號(hào)的一個(gè)碼組中高電平以后的信號(hào)全部去掉。在相同傳信率的情況下，DPPM調(diào)制比PPM調(diào)制占用的信道帶寬(di kun)少，而與OOK調(diào)制相比，它的平均光功率要小。 DPPM調(diào)制后的信號(hào)數(shù)據(jù)量是不確定的，這限制了DPPM在某些系統(tǒng)中的應(yīng)用。共六十八頁7.4.3 多脈沖(michng)PPM調(diào)制 多脈沖PPM調(diào)制方式是將n

25、個(gè)二進(jìn)制的信息元映射為有M個(gè)時(shí)隙組成的時(shí)段上的多個(gè)脈沖。 實(shí)現(xiàn)(shxin)上較為復(fù)雜。共六十八頁7.4.4 解調(diào)(ji dio)及比較 在接收(jishu)端，要對(duì)接收(jishu)到的信號(hào)進(jìn)行解碼，最重要的就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行判決。對(duì)于無線光通信，不論是室內(nèi)的光通信還是應(yīng)用于室外的光通信或是空間光通信，由于各種原因，光脈沖總會(huì)有色散延時(shí)，脈沖波形會(huì)展寬，不僅會(huì)導(dǎo)致一個(gè)碼組內(nèi)碼元的串?dāng)_，還會(huì)引起碼組間信號(hào)的相互干擾。這對(duì)在接收(jishu)端的判決解碼會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的影響，需要想辦法克服或盡量減小其影響。共六十八頁對(duì)于L-PPM信號(hào)，判決可以分為軟判決和硬判決。硬判決解碼(jim)就是對(duì)每一個(gè)抽樣根

26、據(jù)判決門限直接進(jìn)行判決，高電平為1，低電平為0；然后將已經(jīng)判決的一個(gè)L位的碼組的解碼(jim)交給解碼(jim)器。由解碼(jim)器來決定解碼(jim)輸出，包括在所有抽樣都為0或者不止一位抽樣為1的情況下的解碼(jim)輸出（這個(gè)時(shí)侯顯然會(huì)有誤碼產(chǎn)生）。通常，這種判決解碼(jim)較容易實(shí)現(xiàn)。軟判決解碼對(duì)每一個(gè)抽樣值不量化，而是比較一個(gè)碼組中的所有L位值，由解碼器選擇L位中值最大的位作為脈沖位值進(jìn)行解碼。有研究表明，在一定條件下硬判決解碼比軟判決解碼要多1.5dB功率損傷。共六十八頁7.5 大氣通信(tng xn)系統(tǒng)目前，大氣激光通信系統(tǒng)(xtng)已基本發(fā)展成熟，有眾多廠家推出了實(shí)用化

27、的產(chǎn)品共六十八頁共六十八頁7.5.1 系統(tǒng)(xtng)框圖共六十八頁7.5.2 系統(tǒng)各單元(dnyun)功能1、電端機(jī) 電端機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的編碼和還原。目前大多數(shù)系統(tǒng)沒有(mi yu)設(shè)計(jì)這一功能單元，主要原因是多數(shù)情況下大氣激光通信系統(tǒng)擔(dān)任的角色是提供一條無線寬帶鏈路，換言之，進(jìn)入系統(tǒng)的已經(jīng)是經(jīng)過電編碼的比特流。在這種情況下，大氣激光通信系統(tǒng)的電端機(jī)只需要實(shí)現(xiàn)輸入輸出接口比特流線路碼型到NRZ碼的還原即可共六十八頁大部分大氣激光通信系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)都考慮(kol)了提供光纖接口（數(shù)據(jù)源到端機(jī)之間信號(hào)的傳輸通常需要使用光纖來實(shí)現(xiàn)）。共六十八頁常見的光纖接口有100/1000（Mb/s）單/多模以太網(wǎng)

28、光接口、155/622/2488 （Mb/s）SDH單模光接口。某些設(shè)備稱其接口速率從10155Mb/s，這種接口通常是2R接口，即沒有時(shí)鐘恢復(fù)電路，只是完成光信號(hào)到電信號(hào)的變換和放大(fngd)整形，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)線路協(xié)議透明，缺點(diǎn)是信號(hào)質(zhì)量有所下降，誤碼率略高一些，大氣激光通信終端離客戶光端機(jī)不能太遠(yuǎn)共六十八頁2、線路編解碼 由于大氣信道的不穩(wěn)定性，大氣激光通信鏈路的誤碼問題較為嚴(yán)重，因此有必要使用線路編碼實(shí)現(xiàn)前向糾錯(cuò)。 大氣激光通信中誤碼主要表現(xiàn)為突發(fā)誤碼，即在一段時(shí)間內(nèi)激光束傳播受大氣湍流影響或被移動(dòng)物體(wt)短時(shí)遮擋，導(dǎo)致接收機(jī)誤碼率突然上升共六十八頁3、光調(diào)制解調(diào) 光調(diào)制解調(diào)單元實(shí)現(xiàn)

29、信號(hào)的電-光/光-電轉(zhuǎn)換。 目前大多數(shù)系統(tǒng)使用半導(dǎo)體激光器作光源，PIN或APD作光檢測器。 大氣激光通信發(fā)送機(jī)中的激光器驅(qū)動(dòng)(q dn)、保護(hù)電路和接收機(jī)中的前放、主放、AGC電路以及后續(xù)的時(shí)鐘恢復(fù)、抽樣判決等電路與光纖通信中的光端機(jī)電路并無大的不同。共六十八頁4、自動(dòng)功率控制 自動(dòng)功率控制電路，在不同的大氣衰減條件下，自動(dòng)調(diào)整發(fā)送光功率，降低對(duì)接收機(jī)AGC電路的動(dòng)態(tài)范圍要求，使系統(tǒng)能夠正常工作。 自動(dòng)功率控制電路可以從接收信號(hào)中獲得控制基準(zhǔn)信息。當(dāng)接收光信號(hào)功率上升或下降且保持一段時(shí)間不回調(diào)時(shí)，通常意味著大氣傳輸條件發(fā)生了變化，此時(shí)控制電路將自動(dòng)調(diào)整半導(dǎo)體激光器的調(diào)制電流大小，使發(fā)送光功率

30、下降或上升，以補(bǔ)償大氣變化導(dǎo)致的激光束傳播損耗(snho)變化滯后調(diào)整：防止自動(dòng)功率控制電路頻繁起作用。共六十八頁5、光學(xué)收發(fā)天線 接收(jishu)光學(xué)天線的任務(wù)是將一定面積內(nèi)的信號(hào)光會(huì)聚到光檢測器上，目的是增大接收光信號(hào)功率。 發(fā)送光學(xué)天線的任務(wù)是壓縮光束發(fā)散角降低激光束在大氣中傳播時(shí)的發(fā)散損耗。共六十八頁光學(xué)天線的構(gòu)成方式：收發(fā)分離式和收發(fā)合一式（1）收發(fā)分離式光學(xué)天線 優(yōu)點(diǎn)：發(fā)送口徑小，接收(jishu)口徑大；很容易實(shí)現(xiàn)多光束發(fā)送和接受，成本較低，實(shí)際應(yīng)用效果較好 缺點(diǎn)：發(fā)送天線和接收天線可能存在指向不一致的問題，因此對(duì)光學(xué)天線的裝配、收發(fā)方向要求較高共六十八頁（2）收發(fā)合一式光學(xué)天線 收發(fā)合一式光學(xué)天線收發(fā)同向，但在沒有PAT子系統(tǒng)時(shí)，光束的瞄準(zhǔn)/保持很困難，通信易受外界影響而中斷。 PAT技術(shù)指自動(dòng)跟瞄技術(shù)，又稱瞄準(zhǔn)、捕獲、跟蹤技術(shù)。通過檢測光束