无线光通信技术课件ppt.pptx

• 接收机由光检测器、滤波器及其他处理电路组成。
13
光接收机性能
• 数字接收机的误码率（BER）----指的是数字信号 中码元在传输过程出现差错的概率。
• 灵敏度----对数字接收机来说，灵敏度是指保证一 定的误码率条件下，光接收机所能接收的最小光 功率，一般用dBm作单位。
• 动态范围-----在满足一定误码率的指标下 • 因为接收到的光信号已经很微弱，因此如何提高
CCD （电荷耦合器件）能将光学信号 转化为数字信号，实现光电转换。CCD与 800nm、1550nm波长光源均兼容，CCD相 关参数如表所示。
16
选取1550nm的光源
采用1 550 nm 的优点是光源调制速率 高,并且波长稳定。同时考虑到1500nm的光 波对于雾有更强的穿透能力，而且人眼更安 全，所以1550nm波长的FSO系统具有更广
而自由空间光通信FSO（Free Space Optics），作为 一种新兴的宽带无线接入方式浮出水面，是解决宽带网络 “最后一公里”的传输瓶颈的有效途径，FSO的出现引起了 业界广泛地关注。
4
什么是光通信？
光通信是一种以光波作为传输媒质的通信 方式。光波和无线电波同都属于电磁波，但 光波的频率比无线电波的频率高，波长比无 线电波的波长短（如图）。
无线光通信技术
杨奋华
前言
• 无线光通信也称为自由空间光通信（Free Space Optics），简 称为FSO。 • FSO技术具有高带宽、部署迅速、费用合理等优势。FSO技术以 激光为载体，用点对点或点对多点方式实现连接。虽然FSO通信不 需要光纤而是以空气为介质，但由于其设备以发光二极管或激光二 极管为光源，因此又有“无线光纤”之称。
7
FSO系统组成
• 无线光通信系统是以大气作为传输媒质来进行 光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存 在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，就 可以进行通信。
• 一个无线光通信系统包括三个基本部分：发射 机、信道和接收机
8
FSO的物理模型
• FEC（Forward Error Correction ）-前向纠错
阔的使用前景。
17
光收发天线和精密可靠的光束控制技术
(1) 发射端的光束要进行准直,先将发射光束压 缩到m rad 级,再通过发射镜将光束进一步准直为 μrad 级光束。
FSO的提出：“最后一公里”的新方案
随着通信网建设的发展，局域网以及千兆以太网开始 快速增长，将这些高速的局域网和千兆以太网连接到运营 商的通信网络，必须依靠容量巨大的接入网络。当前有很 多接入技术可供选择，比如光纤、微波、XDSL等，但光 纤敷设时间长及高额投入限制了普及；微波技术日渐成熟 ，但这种接入方式需要高额的初始投资（频谱许证），对 业务提供商而言，这种接入方式不很经济；尽管铜缆是一 种易得的传输媒质，但XDSL带宽太低。
光接收机的灵敏度是研究接收机的主要问题。
14
FSO的关键技术
• 高功率激光光源技术 • 光收发天线和精密可靠的光束控制技术 • 大气信道的研究 • 高灵敏度的信号探测和处理技术 • 高精度的捕获、跟踪和瞄准( ATP) 技术
15
高功率激光光源技术
在FSO 通信中,背景光的干扰很强,所以 在通信过程中需要大功率、低损耗光源,调制 速率又要尽可能高。同时,光源的调制需要采 用纠错技术,尽可能减少误码和突发误码。目 前, 主要采用800～860 nm波段和1 550 nm 波段的光源。800 nm 波段光源研究时间较 早,器件比较成熟，被广泛采用。
10
光源
• 进行通信时，由于受到大气性能的影响，应考虑 激光的功率和传输频率等特性。目前主要是有半 导体激光器、固体激光器等。半导体激光器可以 工作在1.06um左右，这是大气低损耗窗口，可以 减小衰减。并且半导体激光器具有体积小、转换 效率高、低成本可直接调制等特点。实际的FSO 系统多采用半导体激光器为光源。
6
自由空间波长（m） 6
光通信的分类
光通信按传输介质不同可分为光纤通信和大气激 光通信。
• 光纤通信：是以光波作为信息载体，以光纤作 为传输介质的一种通信。光纤通信已成为广域 网、城域网的主要传输方式之一。
• 大气激光通信：是利用大气作为传输介质的激 光通信。
有线光通信：光纤通信 光通信
无线光通信：大气、海水、外层空间 7
• APC（Automatic Power Control ）-自动功率控制
• ATC（Automatic Temperature Control ）-自动温度控制
• LD（Laser Diode ）-半Gain Control ）-自动增益控制
9
驱动电路
5 5
通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
频段 划分 电力、电话
无线电、电视
微波
红外线 可见光
传
AM无线电 FM无线电 卫星/微波
光纤
输
介
同轴电缆
质
双铰线
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
11
光发送机
• 光发送机的性能----输出光功率及稳定性。 • 发送机的输出光功率，实际上是发射端的端点测
得的光的功率，因此也称为出端光功率。工程上 光功率用相对值表示。
• 1mW光功率定义为0db。 • 发送机的输出功率大小直接影响系统的中继距离
。如何得到高功率的输出功率？
12
光接收机
• 在无线光通信系统中，光接收机的任务是以最小 的附加噪声与失真，恢复出经信道传输后光载波 所携带的信息，因此光接收机的输出特性反映了 整个光通信系统的性能。
• 半导体激光器（LD）是高速调制的理想光源 。但是，半导体激光器对温度的变化很敏感。 因此稳定的激光器的输出信号是必须考虑的问 题。
• 控制电路的作用，就是消除温度变化和器件老 化的影响，输出稳定光信号。因此除了一些特 殊的发光器外，一般的半导体激光器发送机中 都含有自动温度控制（ATC）与自动功率控制 （APC）电路。