西安郵電無線光通信總結(jié)

1、題型：填空、名詞解釋、簡答題、論述題，1.無線光通信趙優(yōu)點：帶寬資源豐富，不受限制；無需費用；無多徑衰落；光路對準，安全性高；光束窄、不可見，難于發(fā)現(xiàn)和截取（監(jiān)聽）；空間容量高，可以共享頻率；期間小、輕，成本低；信道間干擾??；無需開挖道路，易于安裝；對身體無害；功耗低；電磁干擾影響小缺點：傳輸容量小，區(qū)域覆蓋和漫游；不支持移動用戶；只有對單個用戶；準確地”指出”或一致；高的光學(xué)路徑損耗（高傳輸功率）；multipath-induced（多通道感應(yīng)）色散產(chǎn)生碼間干擾(ISI),從而限制了數(shù)據(jù)率約幾Mbps；環(huán)境光降解性能的聯(lián)系；路徑損耗高,一般50 - 70分貝水平分離5米；嚴重的多徑色散 16

2、 Mbps；高的光學(xué)傳輸能力是必需的分類：可見光通信，自由空間光通信，無線紅外通信，紫外光通信，水下光通信面臨的挑戰(zhàn)：環(huán)境光源，阻塞和陰影，定位和跟蹤，不良天氣大氣2.大氣光傳輸伍1>電路圖：PointA 驅(qū)動電路 光源 大氣 光檢測器 接收端 pointB 通信距離2>大氣成分對光通信的影響 1、吸收定義：指大氣分子對電磁波能量的吸收，在微波和毫米波段，氧和水 汽是大氣氣體吸收的主要成分。氧分子具有磁偶極矩，水分子具有剩余電偶極矩。 2、吸收的性能及特點：吸收和波長有關(guān)，光子的能量轉(zhuǎn)換為內(nèi)部能量，產(chǎn)生吸收尖峰，氮氣和氧氣,這是兩種最豐富,且有助于吸收紅外光譜的一部分。3>三

3、種散射及其性能 1、瑞利散射: 主要發(fā)生在氣體中，還發(fā)生在透明的液體和固體之中，它一種光學(xué)現(xiàn)象，屬于散射的一種情況。又稱“分子散射”。粒子尺度遠小于入射光波長時（小于波長的十分之一），其各方向上的散射光強度是不一樣的，該強度與入射光的波長四次方成反比，這種現(xiàn)象稱為瑞利散射。原因：光在空氣中傳播由于氧氣和氮氣引起的瑞利散射 2、米氏散射: 粒子直徑大于入射光波長的十分之一到直徑等于入射光的波長，這種散射主要由大氣中的微粒，如煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等引起。米氏散射的輻射強度與波長的二次方成反比，散射在光線向前的方向比向后的方向更強，方向性比較明顯。特點： 1、由于米氏散射衰減值可以達到數(shù)百dB

4、/公里 2、霧天最高可達300dB/km 3、干擾通信鏈路甚至不到100米的距離計算波長相關(guān)性wavelength dependent： 3、非選擇性散射：粒子的大小大于入射波長。4>總消光系數(shù)：（total extinction coefficient）：TS scattering散射m scattering due to molecules 分子散射p scattering due to particles粒子散射a absorption吸收5>能見度: 是反映大氣透明度的一個指標，航空界定義為具有正常視力的人在當時的天氣條件下還能夠看清楚目標輪廓的最大距離。能見度和當時的天氣

5、情況密切相關(guān)。當出現(xiàn)降雨、霧、霾、沙塵暴等天氣過程時，大氣透明度較低，因此能見度較差。測量大氣能見度一般可用目測的方法，也可以使用大氣透射儀、激光能見度自動測量儀等測量儀器測試。 6>背景噪聲: 與電力線或變電站的無線電干擾出現(xiàn)與否無關(guān)的系統(tǒng)總噪聲稱為背景噪聲。在環(huán)境影響評價（EIA）中，背景噪聲是指除研究對象以外所有噪聲的總稱。 背景噪聲在不同的情況下對光傳輸性能的影響： 1>會引起信號波形的畸變 2>光纖通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)的噪聲往往是影響接收靈敏度的主要因素，也是衡量系統(tǒng)性能的一個重要參數(shù)。在光纖通信系統(tǒng)中出現(xiàn)的噪聲，噪聲主要有熱噪聲和散彈噪聲。 熱噪聲：由帶電粒

6、子在導(dǎo)電媒介中的布朗運動引起的，包括發(fā)生于有源器件內(nèi)部的載流子或電子發(fā)射的隨機性而形成散彈效應(yīng)起伏過程的散彈噪聲和引起電路中電流或電路兩點間電位差不停起伏的電阻熱噪聲。散彈噪聲：是由真空電子管和半導(dǎo)體器件中電子發(fā)射的不均勻性引起的3.自由空間光通信薛1.FSO概念：指以激光光波作為載波，大氣作為傳輸介質(zhì)的光通信系統(tǒng)。2.FSO通信參數(shù)：（1）接收信噪比（2）誤碼率（3）信道3. 自由空間光通信（FSO）的應(yīng)用：（1）城域網(wǎng)的擴展（2）企業(yè)、校園互連（3）軍事應(yīng)用以其高保密性和安裝快捷的特性廣泛的應(yīng)用于軍事場所（4）無線基地臺數(shù)據(jù)的回傳（5）其他應(yīng)用：衛(wèi)星間通信、災(zāi)難復(fù)原、作為光纖的補充、視頻會

7、議、臨時通信4.FSO特點：（1）利用激光和光探測器提供出無光纖的光學(xué)連接。（2）傳輸數(shù)據(jù)、語音和視頻的速度能夠達到Gbps（3）全雙工(雙向)能力（4）波長:750 nm - 1550 nm（5）窄視場接收機和窄的低功率傳輸光束；高效的光學(xué)干擾抑制和高的光學(xué)信號增益；只適用于點對點通信(戶外和室內(nèi))；可以支持移動用戶使用跟蹤功能；用于以下協(xié)議:以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)、FDDI、ATM。廉價(成本約4美元/ Mbps /月)。5. 自由空間光通信優(yōu)點：自由空間光通信結(jié)合了光纖通信與微波通信的優(yōu)點，具有大通信容量、高速傳輸?shù)膬?yōu)點。（1）高數(shù)據(jù)率:2.5 Gbps目前和10 Gbps在不久的將來。（2

8、）低成本：不需要許可。安裝成本比鋪設(shè)纖維低。沒有沉沒成本，沒有資本過剩。（3）高度傳輸安全。（4）快速部署和可重構(gòu)(易于使用)6.自由空間光通信的調(diào)制技術(shù)大氣傳輸激光通信系統(tǒng)是由兩臺激光通信機構(gòu)成的通信系統(tǒng)，它們相互向?qū)Ψ桨l(fā)射被調(diào)制的激光脈沖信號（聲音或數(shù)據(jù)），接收并解調(diào)來自對方的激光脈沖信號，實現(xiàn)雙工通信。圖1所示的是一臺激光通信機的原理框圖。圖中系統(tǒng)可傳遞語音和進行計算機間數(shù)據(jù)通信。受調(diào)制的信號通過功率驅(qū)動電路使激光器發(fā)光，從而使載有語音信號的激光通過光學(xué)天線發(fā)射出去。另一端的激光通信機通過光學(xué)天線將收集到的光信號聚到光電探測器上，然后將這一光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再將信號放大，用閾值探測方法

9、檢出有用信號，再經(jīng)過解調(diào)電路濾去基頻分量和高頻分量，還原出語音信號，最后通過功放經(jīng)耳機接收，完成語音通信。當開關(guān)K擲向下時，可傳遞數(shù)據(jù)，進行計算機間通信，這相當于一個數(shù)字通信系統(tǒng)。它由計算機、接口電路、調(diào)制解調(diào)器、大氣傳輸信道等幾部分組成。接口電路將計算機與調(diào)制解調(diào)器連接起來，使兩者能同步、協(xié)調(diào)工作；調(diào)制器把二進制脈沖變換成或調(diào)制成適宜在信道上傳輸?shù)牟ㄐ?，其目的是在不改變傳輸結(jié)果的條件下，盡量減少激光器的發(fā)射總功率；解調(diào)是調(diào)制的逆過程，把接收到的已調(diào)制信號進行反變換，恢復(fù)出原數(shù)字信號將其送到接口電路；同步系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)中的重要組成部分之一，其作用是使通信系統(tǒng)的收、發(fā)端有統(tǒng)一的時間標準，步調(diào)

10、一致。7.射頻與混合網(wǎng)如何應(yīng)用RF wireless networks射頻無線網(wǎng)絡(luò)(1)廣播射頻網(wǎng)絡(luò)不可伸縮(2)射頻不能提供非常高的數(shù)據(jù)速率(3)射頻的安全系數(shù)低(4)高概率的檢測/攔截(5)受霧和雪的影響不嚴重,受到雨水的影響比較嚴重混合無線光通信/射頻鏈接（1）高可用性(> 99.99%)（2）比單一的射頻更高的吞吐量（3）最大的靈活性需要無光照射頻隊列應(yīng)用遠程醫(yī)療和視頻會議自由空間光通信系統(tǒng)8.光源與檢測器光發(fā)射機：FSO光源工作波長激光類型備注850VCSEL便宜,非?？捎?沒有主動冷卻,可靠 10 gbps1300-1550 Fabry-Perot/DFB壽命長,兼容EDFA

11、,40 gbps50 - 65倍的力量相比,780 - 850 nm10000量子級聯(lián)激光器(QCL昂貴,非常快速和高度敏感，理想的室內(nèi)元件(沒有滲透通過窗口)光探測器：探測器材料/結(jié)構(gòu)波長nm反應(yīng)特性敏感性增益硅PIN300 11000.5 34dBm 155Mbps1InGaAs PIN1000 17000.946dBm155Mbps1硅APD400 10007752dBm155Mbps150InGaAs APD1000 1700910Quantum well and Quatum-dot 10,0009.大氣湍流的定義，影響其的參數(shù)；對自由光通信的影響：自身，分級技術(shù)，電路性能因素，光柵

12、起伏，引起光污染之類的（1）大氣湍流定義：由于太陽輻射和氣象因素所產(chǎn)生的大氣溫度的微小隨機變化(1)所導(dǎo)致的大氣風(fēng)速的隨機變化而形成。（2）影響大氣湍流參數(shù)：如溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速等（3）大氣湍流的功率譜密度Ø Cn2：折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)Ø k：波數(shù)，kl =3.3/l0, k0=1/L0Ø l0和L0：湍流的內(nèi)尺度與外尺度（4）CN2：大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)，表示大氣湍流的強弱Ø 強湍流Cn2 > 2.5x10-13 Ø 弱湍流Cn2 < 6.4x10-17 Ø 中等湍流6.4x10-17 < Cn2 < 2.5x

13、10-13(5) 湍流對自由空間光通信大氣傳輸?shù)挠绊憂 激光束強度、相位和傳輸方向均會受到擾動而出現(xiàn)相應(yīng)的隨機變化n 與激光束束寬 和湍流尺寸l 的相對大小相關(guān)Ø 2/ l <<1時，主要引起光束的隨機漂移Ø 2/ l 1時，光束截面產(chǎn)生隨機偏轉(zhuǎn)，形成到達角起伏Ø 2/l >>1時，光束截面內(nèi)包含許多湍流漩渦，引起光束強度的起伏、相位起伏和光束擴展10.抑制大氣湍流的方法（1）針對光束漂移和擴展問題，可通過增加激光束散角和發(fā)射功率來加以克服，但會加大系統(tǒng)其它部分的設(shè)計難度(2)提高探測器的動態(tài)響應(yīng)范圍在一定程度上可解決光強閃爍造成的接收信號

14、衰落問題，但受器件制造水平的限制(3)新技術(shù)：大孔徑接收、分集、部分相干光傳輸、時域處理與閾值優(yōu)化、自適應(yīng)光學(xué)、信道編碼(RS 編碼、LDPC 編碼等) 與前向錯誤校正( FEC) 等技術(shù)11.大氣湍流未來的研究方向：n 光信號大氣湍流信道傳輸?shù)乃ヂ淠Ｐ?。n 自適應(yīng)乘性噪聲濾波技術(shù)n 適合于無線光通信應(yīng)用的收、發(fā)端機AO系統(tǒng)n 實現(xiàn)不同大氣湍流影響抑制技術(shù)的收、發(fā)端機體系結(jié)構(gòu)12.自由空間光通信設(shè)計原則：空地激光通信總體設(shè)計方案中有關(guān)通信鏈路通信時段的選擇一般應(yīng)遵循以下的原則:Ø 由于夜晚時段大氣湍流強度較弱,空地激光通信可多選擇夜晚時段;Ø 晴天天氣條件下,空地激光通信應(yīng)

15、避免在太陽光強烈的中午時段建立通信,建議多使用清晨和下午的時段;Ø 陰天天氣條件下,背景光和大氣湍流效應(yīng)對空地激光通信鏈路的影響較小,因此只要鏈路通信光能量能滿足鏈路功率分配指標要求,空地激光通信鏈路適合在陰天天氣條件下進行。13.自由空間光通信（FSO）存在的問題：（1）FSO是一種視距寬帶通信技術(shù)，傳輸距離與信號質(zhì)量的矛盾非常突出，當傳輸超過一定距離時波束就會變寬導(dǎo)致難以被接收點正確接收。目前，在1km以下才能獲得最佳的效果和質(zhì)量，最遠只能達到4Km。多種因素影響其達不到99.999%（五個9）的穩(wěn)定性。（2）FSO系統(tǒng)性能對天氣非常敏感是FSO的另一個主要問題。晴天對FSO傳輸

16、質(zhì)量的影響最小，而雨、雪和霧對傳輸質(zhì)量的影響則較大。據(jù)測試，F(xiàn)SO受天氣影響的衰減經(jīng)驗值分別為：晴天，5-15db/km、雨，20-50db/km、雪，50-150db/km、霧，50-300db/km。國外為解決這個難題，一般會采用更高功率的激光器二極管、更先進的光學(xué)器件和多光束來解決。（3）城市內(nèi)，由于建筑物的阻隔、晃動將影響兩個點之間的激光對準。（4）激光的安全問題也會影響其使用，超過一定功率的激光可能對人眼產(chǎn)生影響，人體也可能被激光系統(tǒng)釋放的能量傷害。所以產(chǎn)品要符合眼睛安全標準4.可見光通信康1、 可見光通信的優(yōu)點安全性好、使用的標準IEEE 802.15.7 Task、噪聲源、有限范

17、圍、移動有限、低功耗、體積小、抗電磁干擾性強。 可見光通信的缺點 質(zhì)地脆，機械強度差；光前的切斷和接續(xù)需要一定的設(shè)備和技術(shù)2、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：計算機、可見光無線集線器、可見光通信適配器、白光LED光源、光電探測器及相應(yīng)信號處理單元組成。3、 光源：“用戶光源”（裝在適配器上，具有較小的發(fā)射面積，且經(jīng)過簡單的準直），“主光源”（白光LED陣列燈，也可用于室內(nèi)【通信和照明】）4、 鏈路結(jié)構(gòu)特點：上行鏈路：終端發(fā)射基站接收下行鏈路：基站發(fā)射和終端接收。（上下行鏈路特點：可同時收發(fā)信息）發(fā)射包括白光LED光和相應(yīng)信號處理單元，接收部分主要是光電檢測器和相應(yīng)信號單元VLC的技術(shù)限制因素白光LED有限的帶寬限

18、制了傳輸速率改進技術(shù)：藍光過濾、預(yù)均衡技術(shù)、后均衡技術(shù)、OFDM、波分復(fù)用（）、高階調(diào)制格式、光技術(shù)1.預(yù)均衡技術(shù)：均衡效果；熒光粉LED的帶寬擴展到了45MHz；采用NRZ-OOK實現(xiàn)了80Mb/s，誤碼率Ber<10-62.后均衡技術(shù)：均衡效果；熒光粉LED的帶寬擴展到了50MHz；采用NRZ-OOK實現(xiàn)了100Mb/s，誤碼率Ber<10-93.OFDM：為減小多徑衰落，抵抗符號間干擾（ISI），以高頻譜效率支持高速率數(shù)據(jù)傳輸；PIN接收機、熒光粉LED光源：可到230Mb/s；APD接收機，速率可提高到1Gb/s1、 VLC的作用照明和通信、固體照明、壽命、帶寬、數(shù)據(jù)安全、

19、健康、功耗2、 固體照明光SSL（Solid-state lighting）、（oraganic LED）可供選擇的光源3、 LED的優(yōu)點較高的轉(zhuǎn)換效率、無水銀、較高的濕度差、體型小、比其他光源產(chǎn)生較少的熱量、較低的功耗，快的轉(zhuǎn)換速率4、白熱光燈、鹵素?zé)?、日光燈、高強度氣體放電燈、LED的應(yīng)用： 普通照明、辦公室照明、街燈、交通信號燈、前照燈、尾燈、醫(yī)學(xué)、通信、移動器件、液晶顯示器背光組件。5、優(yōu)點：高速轉(zhuǎn)換、節(jié)能、防止竊聽、傳送器件、接收器件、6、VLC：帶寬有限（400-700nm)、線光源、安全性好、使用的標準IEEE 802.15.7 Task、噪聲源、有限范圍、移動有限、低功耗、體積

20、小、抗電磁干擾性強、7、接收器件：PIN 二極管（接收高速達1G）、雪崩光電二極管(接收靈敏度高)、圖像傳感器（同時接收圖像和數(shù)字）8、白光LED 照明光源布局設(shè)計（特點）多個白光LED 組成陣列；為滿足照明需求，應(yīng)先考慮室內(nèi)光照度的分布；要使通信效果達到最優(yōu)，須根據(jù)房間大小及室內(nèi)設(shè)施不同合理布局，使房間內(nèi)的光強分布大致不變，盡量避免盲區(qū)（光照射不到的區(qū)域）的出現(xiàn)。；室內(nèi)安裝的照明燈越多，可以降低“陰影”效應(yīng)，使得接收功率大大增加，但多個不同的光路徑會使得ISI 越嚴重。9、分集接收技術(shù)：（1）提高VLC 系統(tǒng)的信噪比，克服高速通信中碼間干擾的影響。（2）思想：在接收機處的不同方向上安裝多個光

21、電探測器, 對多個探測器接收到的信號進行比較, 選取信噪比最大的信號進行通信；（3）兩個關(guān)鍵的工作是：信號的選取方式和光電探測器的布局。（4）光電探測器的布局：在接收機的不同方向上安裝多個光電探測器且均勻分布于一個半球面上， 減少探測器個數(shù)的同時又提高了接收效率 可見光光源：氙燈可見光缺點：傳輸距離限制相對明顯，燈光變暗會對傳輸功率和傳輸速率有一定影響，采用非相干通信模式可見光面臨的問題：1通信速率的提高：1）編碼調(diào)制技術(shù)2）收發(fā)器 均衡及濾波技術(shù)3）并行通信技術(shù)MIMO2可見光信道模型的完善建立及光源布局的優(yōu)化： 1）上行鏈路技術(shù)5.紫外光通信（Ultraviolet Communicati

22、ons）賀概念：紫外光通信主要是以大氣散射和吸收為基礎(chǔ)，利用中紫外波段的紫外光進行的通信，主要應(yīng)用于室外大氣平流層中的臭氧層對250nm 的波長附近的紫外線有強烈的吸收作用，使得這一波段的紫外輻射在海平面附近幾乎衰減為零，屬于“日盲區(qū)”（為紫外光通信提供了一個無背景噪聲的通信環(huán)境），該波段為中紫外光波段(UVC)，波長范圍為200280nm。紫外光通信就是利用這一波段進行的，因此也稱紫外光通信為“日盲”紫外光通信，工作原理：待傳送的信號經(jīng)過編碼器編碼后，加載到調(diào)制器上，調(diào)制器的激勵電流隨著信號的變化規(guī)律變化，激光器的輸出信號經(jīng)過調(diào)制器之后，相關(guān)的參數(shù)(強度、相位、振幅和偏振)就會按照相應(yīng)的規(guī)律

23、變化。最后經(jīng)過光學(xué)天線變換為發(fā)散角很小的已調(diào)光束向空間發(fā)射出去。接收端接收到已調(diào)光束之后，首先經(jīng)過光檢測器轉(zhuǎn)換成射頻電流，然后進入射頻檢波器，最后由解碼器解調(diào)出原來的信號。其中激光器相當于無線電通信中的射頻發(fā)生器。發(fā)射機和接收機的光學(xué)天線相當于無線電天線。所不同的是紫外光通信采用光頻電磁波作為通信的載波。光學(xué)天線其實就是望遠鏡， 相當于無線電通信中的天線，但明顯的是尺寸的縮小。特點：1.保密性高11.難于竊聽： 由于大氣吸收，強度按指數(shù)規(guī)律衰減，根據(jù)通信距離的要求來調(diào)整系統(tǒng)的發(fā)射功率，控制通信區(qū)域，使敵方難以截獲。12.難于定位： 不可見光，肉眼很難發(fā)現(xiàn)；大氣散射傳播，很難從散射信號中判斷出紫

24、外光源的所在位置。2.環(huán)境適應(yīng)性強：21.防自然干擾： 由于日盲區(qū)的存在，近地面日盲區(qū)紫外光噪聲很小。22.防人為干擾： 由于系統(tǒng)的輻射功率可根據(jù)通信距離要求減 至最小，敵方很難在遠距離對本地紫外光通信發(fā)射系統(tǒng)進行干擾；其它常規(guī)通信干擾對紫外光通信是無效的。3.全方位全天候性31.全方位： 非視距方式傳輸信號，能適應(yīng)復(fù)雜的地形環(huán)境32.全天候： 地理位置、季節(jié)更替、氣候變化、能見度等因素的影響和太陽輻射一樣，都可以看成是一種可忽略的背景“噪聲”。4.靈活機動，可靠性高。41.靈活機動： 可采用車載式、機載式、艦 載式，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)移動式通信，能快速機動42.可靠性高： 難于被偵測到，作為攻擊目標

25、的可能性小應(yīng)用 1.平板印刷，光譜儀，條形碼，光學(xué)傳感器，消毒，凈化，藥物檢測 2.蛋白質(zhì)分析，DNA測序，藥物發(fā)現(xiàn)（Protein analysis, DNA sequencing, drug discovery） 3.醫(yī)學(xué)光纖療法，漂白，陳化，紫外光滅蟲器 4.應(yīng)用在軍事領(lǐng)域中（由于日盲區(qū)的特點）光檢測器及優(yōu)缺點1. APD（雪崩光電二極管）：在以硅或鍺為材料制成的光電二極管的P-N結(jié)上加上反向偏壓后，射入的光被P-N結(jié)吸收后會形成光電流。加大反向偏壓會產(chǎn)生“雪崩”（即光電流成倍地激增）的現(xiàn)象對紫外光技術(shù)不成熟；（在紫外光中）具有低增益；具有很小的孔徑(um級)。2.PMT（光電倍增管）日

26、盲紫外光電倍增管對日盲紫外區(qū)以外的可見光、近紫外等光譜輻射不靈敏，具有噪聲低（暗電流小于1nA）、響應(yīng)快、接收面積大等特點。具有低的響應(yīng)率，但是增益高；紫外光通信的最佳選擇。光源及其優(yōu)缺點1.LED（Light Emitting Diode）發(fā)光二極管低功率，單向?qū)ㄐ?，工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調(diào)制通過的電流強弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強弱。LED優(yōu)點：電光轉(zhuǎn)化效率高（接近60%，綠色環(huán)保、壽命長（可達10萬小時）、工作電壓低（3V左右）、反復(fù)開關(guān)無損壽命、體積小、發(fā)熱少、亮度高、堅固耐用、易于調(diào)光、色彩多

27、樣、光束集中穩(wěn)定、啟動無延時；LED缺點：起始成本高、顯色性差、大功率LED效率低、恒流驅(qū)動（需專用驅(qū)動電路）。 相比之下，各種傳統(tǒng)照明存在一定的缺陷。2.紫外燈價格廉價，功率高；傳播光線需要很寬的角度。適合網(wǎng)絡(luò)傳輸；熒光燈沒有內(nèi)部磷光層發(fā)出紫外線；低調(diào)制。3.激光光通過激光直接產(chǎn)生的過程：低輸出功率；利用可見光的第三和第四諧波產(chǎn)生紫外光，可達到更高的輸出功率，但需要更大的激光規(guī)模。幾種紫外氣體燈1. 紫外氣體燈汞弧燈功率較大可達上千W早期的紫外光通信系統(tǒng)樣機采用易碎、高壓驅(qū)動、難以實現(xiàn)高速率的直接調(diào)制、產(chǎn)生附加譜線太多、壽命短、效率<10%(254nm)2. 紫外氣體燈氙燈在照相、光化

28、學(xué)等領(lǐng)域占有重要地位, 其波長在200 400 nm紫外區(qū)域里有連續(xù)的紫外光譜。在紫外段輻射總能量較可見光和紅外低, 但其總功率可以較大, 并且啟動到穩(wěn)定輸出所需時間很短3. 紫外氣體燈低壓汞燈轉(zhuǎn)換效率可達 3040%，發(fā)射功率相當可觀, 可達幾十瓦至上萬瓦需要高壓鎮(zhèn)流器和反射鏡來引導(dǎo)紫外光的傳播方向其他補充1. 紫外探測器利用熱效應(yīng)的熱電探測器利用光電效應(yīng)的光子探測器半導(dǎo)體探測器：2. 探測器要求：具有較大的探測面積較高的增益和帶寬高透過率極低的暗電流密度3. 調(diào)制形式：分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制內(nèi)調(diào)制：也稱直接調(diào)制，是指直接用電調(diào)制信號控制光源發(fā)光。外調(diào)制：是光源輸出的光載波通過光調(diào)制器，光信號通

29、過調(diào)制器實現(xiàn)對光載波的調(diào)制。4. 調(diào)制解調(diào)技術(shù)：開關(guān)鍵控（OOK）、脈沖位置調(diào)制（PPM）、差分脈沖位置調(diào)制（DPPM）及脈沖間隔調(diào)制（DPIM）等5. 紫外激光器51.氣體紫外激光器準分子激光器、氫離子激光器、氮分子激光器、氟分子激光器、氦福激光器等52. 固體紫外激光器直接采用紅外全固體激光器的3倍頻或4倍頻取得355 nm或266 nm 等紫外激光譜線。先用倍頻技術(shù)得到二次諧波, 再利用和頻技術(shù)得到紫外激光譜線6. 氣體激光器61. 準分子激光器：脈沖方式產(chǎn)生，波長依賴于所使用的氣體混合物類型，光束質(zhì)量差, 產(chǎn)生的光束不是圓的而是矩形的需用遮光膜, 損失95% 或更多的輸出能量, 光束截

30、面上強度大體上是一致的, 在邊緣上忽然下降。62.離子激光器和氦一鎘激光器：連續(xù)方式獲得，光束方向穩(wěn)定性差7. 固體激光7.1 鈦: 藍寶石激光器：產(chǎn)生265 280 nm 的不連續(xù)的紫外線, 其輸出可通過旋轉(zhuǎn)激光器的一組濾波器來調(diào)節(jié)。7.2 Nd-YAG激光器：是一種4倍頻的固體激光器, 可產(chǎn)生波長266 nm 的紫外線。1992年實現(xiàn)10 ns寬, 脈沖能量1mJ的紫外光譜進行紫外光通信, 需要1 gal/min水制冷系統(tǒng), 750 V的能量供應(yīng), 轉(zhuǎn)換效率低于1%, 僅能完成600 Hz的數(shù)據(jù)傳輸率。6.水下光通信石一.應(yīng)用：答：1它是海洋觀測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)：可采集有關(guān)海洋學(xué)的數(shù)據(jù)，監(jiān)測

31、環(huán)境污染、氣候變化、海底異常地震火山活動，探查海底目標，及遠距離圖像傳輸。2.在軍事上：水下激光通信長期以來是水下潛艇通信中的關(guān)鍵技術(shù)。3.它是水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)：包括水下電磁波通信，水聲通信，水下光通信。二. 對應(yīng)的光源與光檢測器特點光源的特點：1.工作波長：400580nm2.功率：背景較強3.脈沖寬度：多徑4.頻率：低一般有：氣體激光器、染料激光器、半導(dǎo)體激光器光檢測器特點：1） 靈敏度高：靈敏度高表示檢測器把光功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯男矢?。在實際的光接收機中，光傳過來信號及其微弱，有時只有1nw左右。為了得到較大的信號電流，人們希望靈敏度盡可能的高。2） 響應(yīng)速度快：指射入光信號后，馬

32、上就有電信號輸出；光信號一停，電信號也停止輸出，不要延遲。這樣才能重現(xiàn)入射信號。3） 噪聲?。簽榱颂岣吖饫w傳輸系統(tǒng)的性能，要求系統(tǒng)的各個組成部分的噪聲要求足夠小。4） 穩(wěn)定可靠：要求檢測器的主要性能盡可能不受或者少受外界溫度變化和環(huán)境變化的影響，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。三.影響性能的因素海水與大氣相比：密度高、內(nèi)容物豐富度更復(fù)雜，影響機理基本相同。吸收：水分子、無機溶解質(zhì)、懸浮體與有機物對光傳輸?shù)奈?。散射：瑞利散射：純?分子散射米氏散射：懸浮粒子透明物質(zhì)折射引起的散射擾動：類似于大氣湍流，溫度、鹽度、折射率、海流、生物體擾動、溫度差等時光強產(chǎn)生起伏熱暈：光束路徑上的物質(zhì)分子、顆粒等吸收

33、激光能量而發(fā)熱改變折射率，光束發(fā)生彎曲和畸變。因為海水吸收大、信號功率大，對光的影響大于空氣，產(chǎn)生蒸汽氣泡。解決方法是：增大光學(xué)天線口徑。水空界面：1.海水和空氣界面存在反射 2.海水平面復(fù)雜的隨機波動面、泡沫漂浮物等帶來散射四.特別增加：1.水下光通信分為水下光纖通信和水下激光通信。2.水下光通信的優(yōu)勢：1）由于光波頻率高，其信息承載能力強，可以組建大容量無線通信鏈路。2）是光波在水介質(zhì)的傳輸速率可達千兆，使得水下大信息容量數(shù)據(jù)的快速傳輸成為可能；3）光學(xué)通信具有抗電磁干擾能力強，不受海水溫度和鹽度影響等特點；4）波束具有較好的方向性，如想攔截，就需要用另一部接收機在視距內(nèi)對準發(fā)射機，造成通

34、信鏈路中斷，用戶會及時發(fā)現(xiàn)通信鏈路中斷事故。5）隨著半導(dǎo)體光源關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，體積小，價格低、效率高的可見光譜光電器件充足。并且由于光波波長短，收發(fā)天線尺寸小，可以大幅度減少重量。3.水下光通信存在的問題：1）光損耗：忽略海水擾動和熱暈效應(yīng)，光在海水中的衰減主要來自吸收和散射影響，通常以海水分子吸收系數(shù)、海水浮游植物吸收系數(shù)、海水懸浮粒子的吸收系數(shù)、海水分子散射系數(shù)和懸浮微粒散射系數(shù)等方式體現(xiàn)。2）光束擴散：經(jīng)光源發(fā)出的光束在傳輸過程中會在垂直方向上產(chǎn)生橫向擴展，其擴散直徑與水質(zhì)、波長、傳輸距離和水下發(fā)散角等因素有關(guān)。3）多徑散射：光在海水中傳播時，會遇到許多粒子發(fā)生散射而重新定向，所以非散

35、射部分的直射光將變得越來越少。海水中傳輸?shù)墓獗簧⑸淞Ｗ由⑸涠x光軸，經(jīng)過二、三、四等多次散射后，部分光子又能重新進入光軸，形成多次散射。以上問題最直接后果就是激光通信誤碼率較高誤碼率達到一定程度時會導(dǎo)致通信失敗。4.水下激光通信主要由三大部分組成：發(fā)射系統(tǒng)、水下信道和接收系統(tǒng)。1）發(fā)射系統(tǒng)：將待傳送的信息經(jīng)過編碼器編碼后，加載到調(diào)制器上轉(zhuǎn)變成隨著信號變化的電流來驅(qū)動光源，2）水下信道：通過透鏡將光束以平行光束的形式在信道中傳輸；3）接收系統(tǒng)：由透鏡將傳輸過來的平行光束以點光源的形式聚集到光檢測器上，由光檢測器件將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，然后進行信號調(diào)理，最后由解碼器解調(diào)出原來的信息。5.水下激光

36、通信的優(yōu)點是：1) 通信容量大。在理論上，激光通信可同時傳送1000萬路電視節(jié)目和100億路電話；2) 保密性強。激光不僅方向性特強，而且可采用不可見光，因而不易被敵方所截獲，保密性能好；3) 結(jié)構(gòu)輕便，設(shè)備經(jīng)濟。由于激光束發(fā)散角小，方向性好，激光通信所需的發(fā)射天線和接收天線都可做的很小，一般天線直徑為幾十厘米，重量不過幾公斤，而功能類似的微波天線，重量則以幾噸、十幾噸計。7.紅外光通信左紅外線通信是一種利用紅外線傳輸信息的通信方式?？蓚鬏斦Z言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等信息。傳輸角度有一定限制 。一般由紅外發(fā)射和jj接收系統(tǒng)兩部分組成。它作為無線通信的一種，與無線電通信相比，由于其性能價格比高，實現(xiàn)

37、簡單，具有抗電磁干擾、便于高速應(yīng)用、空間接入靈活、經(jīng)濟的特點，可用于室內(nèi)外實現(xiàn)點對點、無線紅外LAN通信及軍用紅外引信，在移動計算和移動通訊的設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。在某些場合，需要數(shù)據(jù)交換但又不是很大，且實時性要求又不是很高的情況下，可以使用紅外通訊方式，這樣既可以得到無繩化通信帶來的便利，又可以避開采用無線電高頻電路可能引發(fā)的一些問題。譬如用于家用電器的遙控器，計算機的遙控鍵盤和遙控鼠標以及便攜式數(shù)據(jù)收集裝置(煤水電表的登錄器、報稅機)與主機的數(shù)據(jù)交換等。目前，利用紅外線進行無線數(shù)據(jù)通信，無論從小型化、輕量化，還是從安全性等方面考慮，其可行性都比較高，并且已經(jīng)在無線多信道室內(nèi)話音系統(tǒng)，無繩

38、電話以及鍵盤和終端間的短距離無線連接中得到了應(yīng)用。所有這些應(yīng)用中的工作帶寬遠低于WLAN需要的帶寬。在紅外數(shù)字通訊中，常用的調(diào)制手段就是正弦波和脈沖調(diào)制。大體調(diào)制過程是：數(shù)字信號首先調(diào)制正弦波信號，再由載有數(shù)字信號的正弦信號去驅(qū)動紅外發(fā)射管。紅外接收管收到信號后，再由選頻放大電路將特定的頻率選出。由于收到的正弦信號是經(jīng)過數(shù)字信號調(diào)制的，經(jīng)檢波后-或者由鎖相環(huán)電路直接甄別-就得到還原的數(shù)字信號了調(diào)幅和調(diào)頻可將音頻信號，數(shù)字信號，頻率信號調(diào)制后通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去，再用紅外接收管接收放大，解調(diào)還原為原信號。紅外通信優(yōu)點：1、不易被人發(fā)現(xiàn)和截獲，保密性強；2、幾乎不會受到電氣、天電、人為干擾，抗干

39、擾性強。此外，紅外線通信機體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。但是它必須在直視距離內(nèi)通信，且傳播受天氣的影響。在不能架設(shè)有線線路，而使用無線電又怕暴露自己的情況下，使用紅外線通信是比較好的。紅外數(shù)據(jù)通信技術(shù)的缺點：1.受視距影響其傳輸距離短；2.要求通信設(shè)備的位置固定；3.其點對點的傳輸連接，無法靈活地組成網(wǎng)絡(luò)等。為了避免發(fā)射時造成對本機的干擾，我們采用了半雙工的通信方式。一般紅外線接收模塊的接收載波中心頻率雖然是38KHz，但其接收頻率實際上是非常寬的，從30KHz到60KHz它都可以正確接收和解調(diào)。所以主機和從機使用不同的載波頻率以實現(xiàn)全雙工通信也是比較困難的，除非使用選頻特性比較好的紅外

40、線接收電路。在紅外線傳輸過程中采用的是負邏輯，即有紅外線表示邏輯0，無紅外線表示邏輯1。而紅外接收模塊平時為高電平，接收到紅外信號就變?yōu)榈碗娖健Ｈ绾卧黾觽魉途嚯x呢？有兩個方法：其中一個方法是采用高靈敏度的紅外接收電路，但是其成本比較高，且比較容易受到干擾。另一個方法是提高發(fā)射功率（指峰值功率，不一定需要提高平均功率），這可以通過減小連接到發(fā)射器的電阻R來實現(xiàn)，通?？梢詼p小到10。但是需要注意的是，在這種情況下，為了降低功耗和對其他紅外設(shè)備的干擾，紅外線載波的占空比需要降低。一般選擇30%左右的占空比，也就是DATCLK的高電平時間應(yīng)為18uS左右，而低電平時間應(yīng)為8uS左右（38KHz載波頻率）