無線光通信系統(tǒng)的噪聲模型

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與意義 1
1.2 無線光通信系統(tǒng)噪聲模型研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 信源噪聲 3
1.2.2 信道噪聲 5
1.2.3 信宿噪聲 8
1.3 大氣湍流模型研究現(xiàn)狀 9
1.3.1 大氣湍流效應(yīng) 9
1.3.2 大氣湍流模型研究進(jìn)展 10
參考文獻(xiàn) 13
第2章 光電探測器及其噪聲模型 23
2.1 光電探測器 23
2.1.1 光電探測器及其分類 23
2.1.2 光電探測器的性能指標(biāo) 26
2.2 光電探測器噪聲模型 28
2.2.1 信源噪聲 28
2.2.2 光電倍增管 29
2.2.3 雪崩光電探測器 32
2.2.4 PIN光電探測器 35
2.2.5 四象限探測器 38
2.2.6 量子點(diǎn)紅外探測器 42
2.2.7 平衡探測器 44
2.2.8 雙平衡探測器 46
2.3 光電探測器噪聲 49
2.3.1 光電探測器的噪聲來源 49
2.3.2 典型光電探測器噪聲模型 51
參考文獻(xiàn) 57
第3章 大氣湍流 65
3.1 湍流的形成 65
3.2 大氣折射率起伏 67
3.3 大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù) 68
3.4 大氣湍流功率譜模型 70
3.4.1 Kolmogorov譜 71
3.4.2 Tatarskii譜 72
3.4.3 von Karman譜 74
3.4.4 Greenwood-Tarazano譜 75
3.4.5 Hill譜 76
3.4.6 Andrews譜 77
3.4.7 non-Kolmogorov譜 78
3.4.8 隨高度變化的湍流譜 80
3.5 信源噪聲模型 81
3.5.1 激光器相對(duì)強(qiáng)度噪聲模型 81
3.5.2 激光器相位噪聲模型 82
3.6 信道噪聲模型 82
3.6.1 Log-normal分布 83
3.6.2 Gamma-Gamma分布 84
3.6.3 負(fù)指數(shù)分布 85
3.6.4 Malaga分布 85
3.6.5 柯氏分布 86
3.7 信宿噪聲模型 88
3.7.1 泊松噪聲模型 88
3.7.2 倍增噪聲模型 88
3.7.3 熱噪聲模型 89
3.7.4 光電探測器放大噪聲模型 89
3.7.5 散粒噪聲模型 90
3.7.6 相位噪聲模型 90
3.7.7 1/f噪聲模型 91
3.8 光信號(hào)在大氣湍流中的傳輸特性 91
3.8.1 大氣衰減對(duì)光傳輸?shù)挠绊?91
3.8.2 大氣湍流對(duì)激光傳輸?shù)挠绊?95
參考文獻(xiàn) 101
第4章 大氣湍流噪聲測量實(shí)驗(yàn) 104
4.1 大氣湍流噪聲 104
4.1.1 理論推導(dǎo) 104
4.1.2 大氣湍流噪聲對(duì)光通信性能的影響 105
4.2 實(shí)驗(yàn)方法與測量鏈路 113
4.2.1 實(shí)驗(yàn)方法 113
4.2.2 測量鏈路 113
4.3 大氣湍流對(duì)激光傳輸?shù)挠绊?115
4.3.1 光強(qiáng)概率密度分布 115
4.3.2 偏斜度與陡峭度 117
4.3.3 大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù) 119
4.4 大氣湍流對(duì)光通信性能的影響 122
4.4.1 中斷概率 122
4.4.2 衰落概率 123
4.5 孔徑平滑效應(yīng)及實(shí)驗(yàn) 124
4.5.1 孔徑平滑效應(yīng) 124
4.5.2 孔徑平滑實(shí)驗(yàn) 130
參考文獻(xiàn) 135
第5章 大氣湍流抑制方法 137
5.1 抑制大氣湍流的關(guān)鍵技術(shù) 137
5.1.1 大孔徑接收技術(shù) 137
5.1.2 部分相干光傳輸技術(shù) 139
5.1.3 分集技術(shù) 142
5.1.4 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù) 144
5.2 抑制大氣湍流的實(shí)驗(yàn) 149
5.2.1 多光束傳輸技術(shù)實(shí)驗(yàn) 149
5.2.2 自適應(yīng)光學(xué)波前校正技術(shù)實(shí)驗(yàn) 152
5.3 發(fā)展趨勢(shì)與總結(jié)展望 154
5.3.1 發(fā)展趨勢(shì) 154
5.3.2 總結(jié)展望 155
參考文獻(xiàn) 156
第6章 可見光通信路徑損耗模型 163
6.1 可見光通信信道理論 163
6.1.1 信道脈沖響應(yīng) 163
6.1.2 信道直流增益 164
6.1.3 均方根延遲擴(kuò)展 165
6.2 車聯(lián)網(wǎng)可見光通信系統(tǒng)模型分析 166
6.2.1 接收端半視場角 166
6.2.2 光電探測器和透鏡與半視場角的關(guān)系 169
6.2.3 發(fā)射端視場 170
6.3 車聯(lián)網(wǎng)可見光路徑損耗模型 172
6.3.1 直視傳輸分析 172
6.3.2 反射分量分析 175
6.3.3 路徑損耗模擬 176
6.4 可見光通信不同天氣衰減 177
6.4.1 雨天衰減 177
6.4.2 霧天衰減 180
6.4.3 雪天衰減 184
6.4.4 沙塵天氣衰減 186
6.5 不同路段和天氣條件下的實(shí)驗(yàn)測量 188
6.5.1 不同路段實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)及分析 188
6.5.2 雨天測量數(shù)據(jù)及分析 190
6.5.3 霧天測量數(shù)據(jù)及分析 192
6.5.4 雪天測量數(shù)據(jù)及分析 193
6.5.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特性 195
6.6 不同天氣條件下的通信性能分析 196
6.6.1 不同車輛距離接收光功率 196
6.6.2 不同車輛距離接收信號(hào)誤碼率 199
6.6.3 信噪比與誤碼率之間的關(guān)系 202
6.7 總結(jié)與展望 204
6.7.1 總結(jié) 204
6.7.2 展望 205
參考文獻(xiàn) 206
第7章 水下無線光通信信道模型 208
7.1 海水信道特性 208
7.1.1 海洋湍流譜模型 208
7.1.2 水下粒子衰減特性 209
7.2 水下光直視傳輸 218
7.2.1 接收光功率與誤碼率 218
7.2.2 仿真分析 220
7.3 光在海洋湍流中的傳輸 224
7.3.1 閃爍指數(shù)的理論計(jì)算 224
7.3.2 閃爍指數(shù)的仿真分析 225
7.3.3 光束漂移與誤碼率 228
7.3.4 光束漂移與誤碼率分析 230
7.4 水下無線光通信實(shí)驗(yàn) 233
7.4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 233
7.4.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 234
7.4.3 水下折射率結(jié)構(gòu)常數(shù) 236
7.4.4 概率密度函數(shù) 238
7.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 241
7.5.1 閃爍指數(shù) 241
7.5.2 光功率損耗 242
7.5.3 不同信噪比下的誤碼率 244
7.6 跨介質(zhì)光傳輸特性 245
7.6.1 跨介質(zhì)光傳輸模型 246
7.6.2 跨介質(zhì)光傳輸實(shí)驗(yàn) 247
參考文獻(xiàn) 251
第8章 紫外光通信噪聲模型 254
8.1 紫外背景光理論模型 254
8.1.1 太陽對(duì)地輻射理論模型 254
8.1.2 大氣參數(shù) 258
8.1.3 “日盲區(qū)”紫外背景光輻射模型 260
8.2 紫外光通信路徑損耗模型 263
8.2.1 單次散射模型 263
8.2.2 多次散射模型 266
8.2.3 紫外光通信路徑損耗分析 269
8.3 不同天氣下的紫外光散射信道特性 271
8.3.1 雨天的紫外光散射信道特性 271
8.3.2 霧天的紫外光散射信道特性 274
8.3.3 沙塵天的紫外光散射信道特性 277
8.4 噪聲模型實(shí)驗(yàn)測量 280
8.4.1 近地背景光噪聲模型 280
8.4.2 高空背景光噪聲模型 283
8.5 紫外光非直視散射通信的光強(qiáng)分布特性 287
8.5.1 紫外光非直視模型 287
8.5.2 紫外光非直視概率密度函數(shù)實(shí)驗(yàn)測量 290
參考文獻(xiàn) 291
第9章 噪聲模型分析示例 294
9.1 噪聲模型 294
9.2 光源噪聲模型 295
9.2.1 激光器靜態(tài)非線性失真 295
9.2.2 產(chǎn)生-復(fù)合噪聲 296
9.2.3 激光器動(dòng)態(tài)非線性失真 296
9.2.4 激光器削波失真 299
9.3 大氣信道噪聲模型 300
9.3.1 大氣湍流噪聲模型的演化 303
9.3.2 背景光噪聲 309
9.3.3 光強(qiáng)的雨衰減 315
9.4 探測器噪聲模型 325
9.4.1 散粒噪聲 325
9.4.2 光子噪聲 327
9.4.3 熱噪聲 328
9.4.4 1/f噪聲 330
參考文獻(xiàn) 330