无线光通信系统

国家重点实验室无线光通信系统综述

Introduction to Optical Wireless Communication Systems

报告人：刘增基

资料提供：易湘岳鹏尚韬姚明旿

ISN国家重点实验室

2012年3月

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国家重点实验室无线光通信系统综述

•概述

•无线光通信链路的组成和基本原理

•无线光通信的信道特征

•无线光通信系统的信息传输技术

•无线光通信的捕获瞄准跟踪（APT）技术

•无线光通信系统的研究与发展（举例）

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国家重点实验室无线光通信系统概述

定义与分类

•定义：无线光通信系统是以光波为信息载

体的无线通信系统。

•按工作波段可分为红外光通信、可见光通

信、紫外光通信。

信紫外光通信

•按应用环境可分为室内光通信、近地大气

激光通信、地对空/空对地光通信、空对空

光通信、水下光通信。

光通信水下光通信

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国家重点实验室无线光通信系统概述

特点（1）

•无需申请频率使用许可证，频谱资源丰富申率许谱富

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国家重点实验室无线光通信系统概述

特点（2～10）

•

拥有光纤传输的宽带性能

•传输隐蔽性和安全性好

•抗电磁干扰能力强

•快速链路部署，建网速度快（与光纤比）

•设备尺寸小（与微波比）

•对上层协议透明

•实施成本相对低廉

•大气激光通信受气象条件（特别是雾）影响较大般采用定向天线（束散角为几毫弧度至几十微•一般采用定向天线（束散角为几毫弧度至几十微

弧度），需要自动捕获瞄准跟踪（APT）系统。

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国家重点实验室无线光通信系统概述

应用场景

•室内LED可见光无线局域网

•近地大气激光通信用于切不便于铺设光

用于一切不便于铺设光缆或光缆中断的场合，实现宽带接入、基

站互联、点对点专用链路及组网通信。

站互联点对点专用链路及组网通信

•卫星激光通信，包括星际通信和星地通信。

•深空激光通信

•蓝绿激光对潜通信

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国家重点实验室无线光通信链路的组成线信

•点对点无线光通信双向链路由光发射机及天线、光波信道、光接收机及天线以及电的控制终端等设备组成

光接收机及天线以及电的控制终端等设备组成。•光发射机（E/O ）：实现光载波的产生、调制、功率放大。光发射天线实现已调光载波的定向发射•光发射天线：实现已调光载波的定向发射。•光接收天线：聚集已调光载波的能量。

）：将接收的光信号转换为电基带信号•光接收机（O/E ）：将接收的光信号转换为电基带信号。•电控制终端设备：实现双向通信控制及用户信息的收发。光电

电光发射机光接收机光接收天线光发射天线波信道控

制

终

控制终7端端

光发射机

光接收机光接收天线光发射天线

国家重点实验室无线光通信的基本原理•发端（E/O）：载有信息的基带电信号对特定波长的光载波进行调制，变换为已调光信号，然后通过光学天线向特

波进行调制变换为已调光信号然后通过光学天线向特

定的空间和方向发射光波。

传播：源点发射的光波经过空间的传播到达目的点。

•传播：源点发射的光波经过空间的传播到达目的点

•收端（O/E）：通过光学天线接收微弱的已调光信号，通过检测（解调）、放大等处理还原为基带电信号。

•调制方式：直接调制（内调制）、间接调制（外调制）•光源：光电二极管（LED）、激光器（LD）

•光检测器：PIN、APD、光电倍增管、CCD

•光学天线：球面镜或非球面镜

调制传播解调

基带电信号已调光信号微弱光信号基带电信号

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国家重点实验室无线光通信的信道特征

（1）几何衰减

光波自由空间传播

θ

（能量扩散）衰减，发收

国家重点实验室无线光通信的信道特征

（2）大气衰减效应

•光波在大气层中传播的过程中势必受到大气分子

（H O、CO）和气溶胶粒子（雨、雪、雾、霾22

等粒子）的吸收和散射。

般情况下气溶胶粒子的吸收作用和气体分子的•一般情况下气溶胶粒子的吸收作用和气体分子的

散射作用不明显，可忽略不计，而通过选择合适

的大气窗口波段也可以避免气体分子的吸收；

的“大气窗口”

•主要考虑气溶胶粒子的散射引起的衰减。

•不同气象条件下的衰减系数和能见度的关系如下

表所示。

•大气衰减与波长的关系（后述）

大气衰减与波的关系

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国家重点实验室

无线光通信的信道特征

（2）大气衰减效应

衰减系数和能见度的关系（波长1550nm）

气象状态能见距离V 衰减系数

-1

对数衰减系

-1 (km)数(dBkm)

无线光通信的信道特征

国家重点实验室

（2）大气衰减效应

衰减系数对数衰减系

能见距离V

(km-1) 数(dBkm-1)

1km 2.3291-10.1152

国家重点实验室

无线光通信的信道特征

（2）大气衰减效应

衰减与波长的关系衰减与波长的关系：3913.91)()()

0.550.55

m V δ

δ

λ

λμ−−=