近年來，隨著社交媒體、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)的興起，以及“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的提出，射頻通信技術(shù)由于頻帶、通信容量受限等原因，難以滿足企業(yè)、政府、科研人員等對網(wǎng)絡(luò)帶寬及容量的高需求。無線光通信技術(shù)的興起，為解決這一瓶頸問題帶來了轉(zhuǎn)機(jī)。無線光通信技術(shù)具有頻譜寬、速率高、抗磁干擾、無需頻率許可證、組網(wǎng)方便靈活、成本較低等特點(diǎn)，在應(yīng)急通信、衛(wèi)星通信、對潛通信等領(lǐng)域都得到了廣泛的研究與應(yīng)用。與此同時，5G網(wǎng)絡(luò)商業(yè)部署逐漸成型，對6G發(fā)展前景的探討也開始出現(xiàn)在公眾的視野中，無線光通信技術(shù)在未來6G的應(yīng)用場景中有極大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼吮緯鴮o線光通信技術(shù)進(jìn)行了全面介紹。
本書根據(jù)最新無線光通信鏈路分類標(biāo)準(zhǔn)，完整介紹了通信系統(tǒng)的組件，并對室內(nèi)、近地、空間、水下等場景的鏈路應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)說明，還提出了異構(gòu)、混合無線光通信系統(tǒng)。本書重點(diǎn)介紹了近地?zé)o線光通信、空間無線光通信、水下無線光通信的應(yīng)用場景中相關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信道特性、調(diào)制技術(shù)等內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上對大氣湍流和海洋湍流模型進(jìn)行了介紹；進(jìn)一步地，本書對無線光通信技術(shù)中抑制湍流的方法進(jìn)行了梳理，具體包括孔徑平均技術(shù)、分集技術(shù)、自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)、部分相干光技術(shù)等。
本書共6章。第1章重點(diǎn)介紹了無線光通信的基本概念、通信鏈路的分類及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并給出了鏈路配置的相應(yīng)示例。第2章主要介紹了無線光通信系統(tǒng)的組成器件，包括光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)，以及相應(yīng)的調(diào)制與檢測方法。第3章介紹了可見光通信的標(biāo)準(zhǔn)，如IEC TC 34、PLASA E1.45和IEEE 802.15.7等，以及可見光通信的標(biāo)準(zhǔn)在服務(wù)領(lǐng)域、照明領(lǐng)域的兼容性；同時分析了室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)的性能增強(qiáng)技術(shù)、基于成像傳感器可見光通信系統(tǒng)的系統(tǒng)組成。第4章介紹了近地?zé)o線光通信的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，其中著重介紹了大氣信道中湍流的相關(guān)知識，如大氣折射率譜模型、光束漂移、光強(qiáng)閃爍，并根據(jù)大氣信道損耗、光束擴(kuò)展、光損耗、對準(zhǔn)誤差損耗的基本理論，給出了相應(yīng)的鏈路預(yù)算。第5章介紹了空間無線光通信系統(tǒng)及其在各國科學(xué)研究中的項(xiàng)目進(jìn)展情況，研究并給出了地面衛(wèi)星/衛(wèi)星地面鏈路、星間鏈路和深空鏈路的應(yīng)用場景；此外給出了軌道角動量的相關(guān)理論知識，如常見光束的生成方法、光束類型、相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用等。第6章介紹了水下無線光通信的相關(guān)研究成果，對光在海水中的傳播特性及相關(guān)鏈路配置等進(jìn)行了分析；此外，介紹了水下信道中影響水下光通信鏈路的可靠性和有效性的因素，分析了提高水下無線光通信系統(tǒng)效率的方法，如協(xié)作分集和混合聲光系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高數(shù)據(jù)速率、低延遲和較強(qiáng)的穩(wěn)定性，是對現(xiàn)有聲學(xué)系統(tǒng)的補(bǔ)充。
本書由西安電子科技大學(xué)的岳鵬老師主持編寫，易湘老師負(fù)責(zé)本書第1章的編寫，顧華璽老師負(fù)責(zé)本書第6章6.3節(jié)~6.5節(jié)的編寫，程文馳老師負(fù)責(zé)本書第6章6.6節(jié)~6.8節(jié)的編寫，岳鵬老師完成了本書剩余部分的編寫工作，西安電子科技大學(xué)的劉艷艷同學(xué)輔助完成了本書中相關(guān)文獻(xiàn)的查閱及作圖。
本書取材于作者在該領(lǐng)域所取得的研究成果和該領(lǐng)域的最新進(jìn)展。其中作者的許多基礎(chǔ)研究成果已在國內(nèi)外期刊發(fā)表并被多人引用。本書的理論知識具有系統(tǒng)性和完整性，方便讀者學(xué)習(xí)。本書的編寫也參考了國內(nèi)外多篇理論研究成果與著作，在此向被參考的文獻(xiàn)、著作的作者致以誠摯的謝意。
編 者
2022年4月
無線光通信技術(shù)作為一種新型的通信技術(shù)，同時具有微波通信和光纖通信的優(yōu)勢。本書全面介紹了無線光通信技術(shù)的基本概念、無線光通信系統(tǒng)的構(gòu)成與設(shè)計、軌道角動量在無線光通信中的應(yīng)用、無線光通信中大氣湍流模型和海洋湍流模型、無線光通信的鏈路配置及應(yīng)用場景（其中包括室內(nèi)無線光通信、近地?zé)o線光通信、空間無線光通信、水下無線光通信）等相關(guān)內(nèi)容。
本書主要讀者對象為從事無線光通信領(lǐng)域研究與應(yīng)用的科研、設(shè)計和工程技術(shù)人員，并可供相關(guān)專業(yè)的高年級本科生和研究生學(xué)習(xí)參考。
第1章 無線光通信 1
1.1 概述 1
1.2 相關(guān)術(shù)語與基本概念 2
1.3 無線光通信鏈路分類標(biāo)準(zhǔn) 4
1.3.1 分類標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)成元素 4
1.3.2 分類標(biāo)準(zhǔn) 5
1.4 室內(nèi)無線光通信 9
1.4.1 鏈路配置 9
1.4.2 鏈路損傷 12
1.4.3 室內(nèi)無線光通信標(biāo)準(zhǔn)與建議 13
1.5 近地?zé)o線光通信 16
1.5.1 鏈路配置 16
1.5.2 鏈路損傷 19
1.5.3 近地?zé)o線光通信標(biāo)準(zhǔn)與建議 21
1.6 空間無線光通信 22
1.6.1 鏈路配置 22
1.6.2 鏈路損傷 23
1.6.3 空間無線光通信標(biāo)準(zhǔn)與建議 23
1.7 水下無線光通信 23
1.7.1 鏈路配置 24
1.7.2 鏈路損傷 28
1.7.3 水下無線光通信標(biāo)準(zhǔn)與建議 29
1.8 異構(gòu)無線光通信鏈路 29
1.9 兩類無線光通信系統(tǒng) 32
1.9.1 異構(gòu)無線光通信系統(tǒng) 34
1.9.2 混合無線光通信系統(tǒng) 34
本章小結(jié) 35
第2章 系統(tǒng)介紹 37
2.1 光發(fā)射機(jī) 37
2.1.1 光源 38
2.1.2 調(diào)制 42
2.2 光接收機(jī) 44
2.2.1 光檢測器 44
2.2.2 噪聲 47
2.2.3 直接檢測 50
2.2.4 相干檢測 51
2.3 一個典型的點(diǎn)到點(diǎn)無線光通信系統(tǒng) 52
2.3.1 點(diǎn)到點(diǎn)鏈路 52
2.3.2 鏈路性能分析 53
本章小結(jié) 55
第3章 可見光通信 56
3.1 概述 56
3.2 考慮光照約束的調(diào)制技術(shù) 58
3.2.1 可調(diào)光VLC中的逆源編碼 61
3.2.2 可調(diào)光VLC中的多級傳輸 67
3.2.3 多色VLC的顏色強(qiáng)度調(diào)制 74
3.3 室內(nèi)可見光系統(tǒng)的性能提升技術(shù) 79
3.3.1 接收平面傾斜技術(shù) 79
3.3.2 LED排列技術(shù) 86
3.3.3 光照強(qiáng)度控制技術(shù)及其在VLC系統(tǒng)中的性能 91
3.4 可見光通信標(biāo)準(zhǔn) 96
3.4.1 VLC標(biāo)準(zhǔn)的范疇 96
3.4.2 調(diào)制標(biāo)準(zhǔn) 98
3.4.3 VLC傳輸標(biāo)準(zhǔn) 99
3.4.4 VLC照明標(biāo)準(zhǔn) 99
3.5 基于成像傳感器的可見光通信系統(tǒng) 101
3.5.1 成像傳感器 102
3.5.2 成像傳感器用于可見光接收機(jī) 104
3.5.3 設(shè)計基于成像傳感器的可見光通信系統(tǒng) 107
本章小結(jié) 110
第4章 近地?zé)o線光通信 111
4.1 概述 111
4.2 近地FSO的特性 112
4.2.1 FSO的特點(diǎn) 113
4.2.2 近地FSO的應(yīng)用領(lǐng)域 114
4.3 近地FSO系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 115
4.3.1 發(fā)射機(jī) 115
4.3.2 接收機(jī) 116
4.3.3 大氣信道 117
4.4 噪聲源 171
4.5 調(diào)制技術(shù) 173
4.5.1 OOK 175
4.5.2 PPM 177
4.5.3 SIM 179
本章小結(jié) 183
第5章 空間無線光通信 184
5.1 概述 184
5.1.1 空間無線光通信的發(fā)展 184
5.1.2 FSO通信較RF通信的優(yōu)勢 186
5.1.3 FSO通信系統(tǒng)波長選擇 187
5.1.4 相關(guān)研究進(jìn)展 191
5.2 空間無線光信道特性 191
5.2.1 上行/下行FSO鏈路 192
5.2.2 星間鏈路 201
5.3 掃描、跟蹤與瞄準(zhǔn) 203
5.4 空間無線光通信系統(tǒng)性能提升技術(shù) 205
5.4.1 物理層技術(shù) 206
5.4.2 上層技術(shù) 214
5.5 軌道角動量系統(tǒng) 216
5.5.1 OAM概述 216
5.5.2 渦旋光束的生成 220
5.5.3 渦旋光束的類型 227
5.5.4 渦旋光束的應(yīng)用 238
5.6 FSO回傳通信 243
5.7 發(fā)展方向 246
本章小結(jié) 247
第6章 水下無線光通信 248
6.1 概述 248
6.2 光在海水中的傳播特性 250
6.2.1 聲波、電磁波和光波的比較 250
6.2.2 海水對光波的吸收與散射 253
6.2.3 海洋湍流 258
6.2.4 指向與對準(zhǔn) 277
6.2.5 背景噪聲 279
6.2.6 多徑干涉和色散 280
6.2.7 障礙物 280
6.3 光通信鏈路配置 281
6.3.1 直接視線傳輸鏈路 281
6.3.2 非視線傳輸鏈路 282
6.3.3 反射鏈路 283
6.4 水中光學(xué)衰減模型 284
6.4.1 水中視線傳輸鏈路的光學(xué)衰減模型 284
6.4.2 水中非視線傳輸鏈路的光學(xué)衰減模型 285
6.5 水下無線光通信系統(tǒng)設(shè)計 285
6.5.1 發(fā)射機(jī) 286
6.5.2 接收機(jī) 288
6.5.3 調(diào)制器 289
6.5.4 信道編碼 289
6.6 水下無線光通信的協(xié)作分集 291
6.7 混合聲光系統(tǒng) 292
6.8 發(fā)展方向 293
本章小結(jié) 294
參考文獻(xiàn) 295
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