無(wú)線光接入技術(shù)進(jìn)展和應(yīng)用

前言

　　無(wú)線光通信（wireless optical commtlnication，WOC）或稱自由空間光通信（free space optical communication，F(xiàn)SO）是一種新崛起的在世界上可與光纖通信形成鼎足之勢(shì)并潛力巨大的通信方式。光纖通信受到光纖性能的約束，具有只適合于固定通信、工作波段僅限于光纖允許傳輸?shù)墓獠ú糠趾蛢r(jià)格比較昂貴等諸多局限性。而無(wú)線光通信具有經(jīng)濟(jì)、靈活等優(yōu)越性，且無(wú)線光通信技術(shù)發(fā)展迅猛，使得21世紀(jì)將成為無(wú)線光通信大展宏圖的輝煌時(shí)代。這不僅表現(xiàn)在地球上無(wú)線光通信網(wǎng)絡(luò)的迅速形成，而且也表現(xiàn)在近空（衛(wèi)星通信）和深空通信的領(lǐng)域中，甚至于無(wú)線光通信將成為人類遨游太空的主要通信方式。無(wú)線光通信可逐步地將其地面上的各種干線網(wǎng)、城域網(wǎng)和用戶接入網(wǎng)采用的通信技術(shù)融為一體，甚至可包括衛(wèi)星之間和衛(wèi)星與地面之間的通信。　　在2000年悉尼奧運(yùn)會(huì)上，Terabeam公司成功地使用無(wú)線光通信設(shè)備進(jìn)行圖像傳送，并在西雅圖的四季飯店圓滿地實(shí)現(xiàn)了利用無(wú)線光通信設(shè)備向客戶提供lOOMbit／s的數(shù)據(jù)連接，該公司已在全美國(guó)超過(guò)100個(gè)城市建設(shè)了無(wú)線光通信網(wǎng)絡(luò)。在震驚中外的“9.11事件”中，美國(guó)世貿(mào)中心被摧毀，其對(duì)外的一切通信被中斷。但是，在世貿(mào)中心受到襲擊的第一時(shí)間，紐約州聯(lián)合法院系統(tǒng)選擇了無(wú)線光通信技術(shù)，在雙塔倒塌后不到一周的時(shí)間內(nèi)，三個(gè)無(wú)線光通信系統(tǒng)迅速恢復(fù)了通向曼哈頓法院的通信業(yè)務(wù)。這一重大創(chuàng)舉使得采用無(wú)線光通信技術(shù)的無(wú)線光接入網(wǎng)受到世界青睞，成為當(dāng)今科技和工程技術(shù)領(lǐng)域研究和關(guān)注的熱點(diǎn)。如今，美國(guó)幾乎90％的辦公大樓與電信業(yè)務(wù)提供商之間不再使用光纖連接，而是采用無(wú)線光通信技術(shù)。在國(guó)外，無(wú)線光接入網(wǎng)已成為一種時(shí)尚，許多電信運(yùn)營(yíng)商及各行各業(yè)的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)管理者都將其推廣應(yīng)用于商業(yè)服務(wù)中?！　≡诮蘸蜕羁胀ㄐ胖?，無(wú)線激光通信將成為未來(lái)通信的主要主宰者，其將解決星際間微波通信帶來(lái)的通信瓶頸問(wèn)題，成為星際間通信的最佳方案之一。在近空通信中，近期取得的突破性進(jìn)展可表現(xiàn)在兩方面：一方面，以激光為信息載體、以人造衛(wèi)星為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)激光信號(hào)的無(wú)線激光通信將作為近期實(shí)現(xiàn)在多個(gè)航天器之間以及航天器與地球站之間的通信手段；另一方面，不但成功地實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星一地面、衛(wèi)星一衛(wèi)星之間的無(wú)線光通信實(shí)驗(yàn)，而且正在進(jìn)入實(shí)用化階段。

內(nèi)容概要

本書(shū)主要介紹無(wú)線光接入技術(shù)，全書(shū)共分12章。首先扼要地介紹了無(wú)線光通信的基本概念及其在各類通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，接著討論了無(wú)線光接入技術(shù)及其實(shí)際網(wǎng)絡(luò)工程，特別介紹了將OTDM、WDM、OCDM及自動(dòng)糾誤編碼等技術(shù)應(yīng)用于無(wú)線光接入網(wǎng)中的進(jìn)展情況。此外，書(shū)中還介紹了中微子通信、量子光通信等尖端技術(shù)應(yīng)用于用戶接入網(wǎng)的美好前景及下一代網(wǎng)絡(luò)等研究情況。    本書(shū)可供光通信及接入網(wǎng)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員和相關(guān)專業(yè)的高等院校師生參考閱讀，也可作為工程設(shè)計(jì)院、通信研究院和工程公司有關(guān)技術(shù)人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言第1章  無(wú)線光通信的基本概念  1.1  什么是無(wú)線光通信  1.2  無(wú)線光通信分類  1.3  無(wú)線光通信的發(fā)展簡(jiǎn)史  1.4  無(wú)線光通信的工作頻段  1.5  大氣傳輸介質(zhì)的傳光性質(zhì)  1.6  與光纖傳送系統(tǒng)的相似之處第2章  無(wú)線光通信系統(tǒng)組成及主要性能  2.1  無(wú)線光通信系統(tǒng)的組成  2.2  一般光通信的傳輸參考模型和性能要求  2.3  一般光通信數(shù)據(jù)網(wǎng)的傳輸性能參數(shù)  2.4  無(wú)線光通信系統(tǒng)的主要性能  2.5  網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)  2.6  用于無(wú)線光通信的MAC協(xié)議  2.7  無(wú)線光通信系統(tǒng)中使用的元器件和網(wǎng)元設(shè)備第3章  無(wú)線光通信系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)  3.1  無(wú)線光用戶接人網(wǎng)收發(fā)端光束快速準(zhǔn)確的ATP技術(shù)  3.2  適應(yīng)大氣信道，減少氣候?qū)νㄐ畔到y(tǒng)的影響  3.3  發(fā)送端采用的高發(fā)射功率光源及高碼率調(diào)制技術(shù)  3.4  接收端采用的高靈敏度光信號(hào)接收技術(shù)和抗干擾性能  3.5  發(fā)射和接收天線的選擇  3.6  傳輸距離與信號(hào)質(zhì)量  3.7  光纖通信技術(shù)的應(yīng)用  3.8  安全保密新技術(shù)  3.9  無(wú)線光通信面臨的巨大挑戰(zhàn)第4章  無(wú)線光通信系統(tǒng)的優(yōu)越性  4.1  無(wú)線光通信接入技術(shù)與其他通信接人技術(shù)的比較  4.2  無(wú)線光通信系統(tǒng)的優(yōu)越性  4.3  無(wú)線光用戶接入網(wǎng)有待改進(jìn)的問(wèn)題  4.4  更先進(jìn)的通信途徑第5章  無(wú)線光通信技術(shù)在各類網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用  5.1  無(wú)線光通信的幾類典型網(wǎng)絡(luò)  5.2  地面上的無(wú)線光通信網(wǎng)絡(luò)  5.3  基于網(wǎng)格技術(shù)的無(wú)線光通信網(wǎng)絡(luò)的基本概念  5.4  基于網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線光用戶接入網(wǎng)  5.5  基于網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的混合網(wǎng)  5.6  大氣湍流通道與RF分集的無(wú)線光接入網(wǎng)技術(shù)  5.7  使用MEMs自適應(yīng)光學(xué)校正器的無(wú)線光通信  5.8  海上環(huán)境中工作波長(zhǎng)為1550nm的多量子阱調(diào)制反射鏡無(wú)線光鏈路  5.9  無(wú)線光通信多輸入多輸出系統(tǒng)的性能分析  5.10  Gbit／s量級(jí)的高速無(wú)線光通信  5.11  高容量室內(nèi)無(wú)線光局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)  5.12  Molex Canobeam無(wú)線光通信系統(tǒng)概況第6章  移動(dòng)無(wú)線光通信技術(shù)及其在星際通信中的應(yīng)用  6.1  移動(dòng)無(wú)線光通信技術(shù)的基本概念  6.2  移動(dòng)無(wú)線光通信技術(shù)在星際通信中的應(yīng)用  6.3  星際微波通信系統(tǒng)  6.4  星際光通信的基本概念  6.5  星際光通信的系統(tǒng)組成  6.6  星際光通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)  6.7  星際光通信系統(tǒng)的優(yōu)越性  6.8  星際光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)  6.9  衛(wèi)星光通信與微波通信的轉(zhuǎn)換方法  6.10  星際光通信發(fā)展現(xiàn)狀  6.11  星際光通信的美好前景第7章  無(wú)線光用戶接入網(wǎng)的基本概念  7.1  用戶接入網(wǎng)的概貌  7.2  光用戶接入網(wǎng)  7.3  無(wú)線光用戶接入網(wǎng)的基本概念第8章  復(fù)用技術(shù)在無(wú)線光接入網(wǎng)中的應(yīng)用  8.1  復(fù)用光通信的基本概念  8.2  WDM技術(shù)在無(wú)線光接入網(wǎng)中的應(yīng)用  8.3  OTDM技術(shù)在無(wú)線光接入網(wǎng)中的應(yīng)用  8.4  OCDM技術(shù)在無(wú)線光接入網(wǎng)中的應(yīng)用第9章  糾誤碼在無(wú)線光用戶接入網(wǎng)中的應(yīng)用  9.1  概述  9.2  糾誤編碼的基本概念  9.3  糾誤編碼在無(wú)線光用戶接入網(wǎng)中的應(yīng)用第10章  無(wú)線光用戶接入網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)  10.1  IEEE 802.11和其他無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)  10.2  1EEE 802.15網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)  10.3  IEEE 802.16網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)  10.4  IEEE 802.20移動(dòng)寬帶無(wú)線接人新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)  10.5  使用算法設(shè)計(jì)的自由空間模型第11章  無(wú)線光用戶接入網(wǎng)的建設(shè)與管理  11.1  無(wú)線光用戶接入網(wǎng)采用的供電系統(tǒng)  11.2  無(wú)線光用戶接入網(wǎng)工程中的測(cè)量技術(shù)  11.3  無(wú)線光用戶接人網(wǎng)的工程設(shè)計(jì)  11.4  用戶接入網(wǎng)的工程施工  11.5  無(wú)線光用戶接入網(wǎng)的系統(tǒng)管理與維護(hù)第12章  無(wú)線光用戶接入網(wǎng)的發(fā)展前景  12.1  現(xiàn)有的用戶接入網(wǎng)  12.2  下一代網(wǎng)絡(luò)的基本概念  12.3  家庭網(wǎng)絡(luò)的基本概念  12.4  接入網(wǎng)在下一代網(wǎng)絡(luò)中的地位  12.5  用戶接入網(wǎng)的融合演進(jìn)和技術(shù)難題  12.6  無(wú)線光接人技術(shù)的發(fā)展前景參考文獻(xiàn)附錄  英漢縮略語(yǔ)對(duì)照

章節(jié)摘錄

　　第1章　無(wú)線光通信的基本概念本章扼要介紹了無(wú)線光通信的基本概念，為深入了解和掌握無(wú)線光通信及相應(yīng)的無(wú)線光接人技術(shù)做必要的準(zhǔn)備。　　1.1　什么是無(wú)線光通信　　為了更清楚地理解無(wú)線光通信的含義，首先扼要介紹光通信和光纖通信。光通信是以光作為信息載體的一類通信方式，而光纖通信是以光作為信息載體、以光纖作為傳輸介質(zhì)的一類通信方式。由于光纖的傳光特性，目前只有波長(zhǎng)在700～1600nm很小范圍的光可在光纖中傳播，并且光纖網(wǎng)絡(luò)使用的光纜敷設(shè)只能架空或埋伏在地下或布入水中，不便于進(jìn)行移動(dòng)通信?！　o(wú)線光通信是將載有信息的光載體從光纖的束縛中解脫出來(lái)，進(jìn)入廣闊的天地。因此，現(xiàn)階段無(wú)線光通信可以定義為以光束為信息載體、其載信息的光束在自由空間中傳輸?shù)囊活惞馔ㄐ欧绞?。這種承載信息的光束所傳輸?shù)淖杂煽臻g可以是沒(méi)有任何物質(zhì)的真空，也可以是可受氣候和環(huán)境嚴(yán)重影響的大氣傳輸介質(zhì)或洶涌澎湃的海水傳輸介質(zhì)。因此，根據(jù)傳輸介質(zhì)的情況可將無(wú)線光通信分為地面上無(wú)線光通信、深空無(wú)線光通信、近空無(wú)線光通信和水下無(wú)線光通信等幾類?！　〉孛嫔蠠o(wú)線光通信是以大氣作為傳輸介質(zhì)，以激光或光脈沖作為信息載體，在太赫茲（THz）光譜范圍內(nèi)傳送數(shù)據(jù)信息的通信系統(tǒng)，在有的資料中也稱為無(wú)線光網(wǎng)絡(luò)（wireless optical network，WON）系統(tǒng)或光無(wú)線系統(tǒng)。這是一種以光束為信息載體的雙向點(diǎn)到點(diǎn)無(wú)線通信技術(shù)，可提供數(shù)據(jù)信息的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線高速連接。由于無(wú)線光通信中的信息不需要光纖，而是在空氣介質(zhì)或真空中傳播，因此，無(wú)線光通信技術(shù)也常稱為虛擬光纖（virtual fiber）通信技術(shù)?！　“l(fā)展無(wú)線光通信意義重大而深遠(yuǎn)，其不但可將地面上的各類通信網(wǎng)絡(luò)融為一體，采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)制式，而且在近空，乃至將來(lái)人類進(jìn)入宇宙深空的通信也要采用無(wú)線光通信制式。發(fā)展無(wú)線光通信面臨著嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)，包括地面上無(wú)線光通信如何克服大氣傳輸介質(zhì)造成的對(duì)通信傳輸距離的約束；高速、高功率光發(fā)送技術(shù)；抗干擾、高靈敏度光接收技術(shù)；高精度、高增益、高可靠收發(fā)天線；快速、精確的捕獲、跟蹤和瞄準(zhǔn)（acquisition，tracking，pointing，ATP）技術(shù)等。

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