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光通信原理
第1页，本讲稿共21页
1 无线光通信系统分类与制式
2 无线光通信系统组成
3 无线光通信的应用实例
第2页，本讲稿共21页
无线激光的优势
无需授权执照
安全保密
实施成本相对低廉
建网速度快
协议光通信原理
第1页，本讲稿共21页
1 无线光通信系统分类与制式
2 无线光通信系统组成
3 无线光通信的应用实例
第2页，本讲稿共21页
无线激光的优势
无需授权执照
安全保密
实施成本相对低廉
建网速度快
协议的透明性
设备尺寸小
信息容量大
第3页，本讲稿共21页
无线光通信系统分类
地球
LEO
H<1000km
上行链路
下行链路
GEO H>20000km
MEO
1000～20000km
指令传输：
几Mbps
宽带数据传输：
数百M～10Gbps
大气层顶
～20km
自由
空间
～5km
10～15km
地面站
按空间信道分类：
第4页，本讲稿共21页
空-地无线激光通信系统
按空间信道分类
星间无线激光通信系统
地面无线激光通信系统
第5页，本讲稿共21页
按制式分类：
无线光通信系统分类
其中（IM/DD）系统为非相干通信系统，光外差系统为相干光通信系统。光外差系统是基带信号直接对光载波进行ASK、FSK和PSK等调制。
IM/DD系统中有二进制系统和多进制系统。其中二进制系统脉冲调制的最一般形式是开关键控(OOK)编码和曼彻斯特编码。多进制系统最流行的光学组编码方式为脉冲位置调制（Pulse Position Modulation ——PPM）。
强度调制的直接检测（IM/DD）系统
光外差系统。
第6页，本讲稿共21页
二进制IM/DD系统：
按制式分类分类
开关键控（ On Off Keying ——OOK）编码：
在OOK编码中，每一比特时间内光脉冲处于开或关的状态。每个“1”比特编码为一个光脉冲，而每个“0”比特则以一个关闭比特(无光场)进行编码。
图 接收机和解码器
第7页，本讲稿共21页
二进制IM/DD系统：
按制式分类
曼彻斯特编码：
曼彻斯特码利用一个半占空的对称方波（如01）表示数据“1”，而其反相波（如10）表示数据“0”。
第8页，本讲稿共21页
按制式分类
如图，若v1小于v2，输出判定为“1”，反之输出判定为“0”。
图 曼彻斯特编码系统接收机
第9页，本讲稿共21页
按制式分类
多进制IM/DD系统——光学组编码
在多进制幅度键控（MASK）中一个脉冲（存在M种不同的幅值），可以代表 个比特。在光学组编码编码中， 使用M个光场（脉冲）代表 个比特。由于b<M,所以相同的系统带宽的情况下，信息传输速率（比特/s）比OOK降低。
例如：用8个光场代表3个比特构成的组，8个光场不同的组合代表不同的3比特的组成： 000、001、010、011、100、101、110、111。
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按制式分类
PPM——脉冲编码调制是较为流行的一种光学组编码方式。在PPM系统中，一个光脉冲位于M个相邻时间位置之一上来代表某一数据组， 如图所示：
M个间隙构成一个PPM帧或长度为Tf秒的字节。因此，数据字节由脉冲在帧中的位置决定。
第11页，本讲稿共21页
按制式分类
采用脉冲光学系统，适合于直接检测接收机。 激光器只需要以帧的速率产生脉冲，工作脉冲重复频率为：
PPM发送机发送的比特的速率为：
第12页，本讲稿共21页
按制式分类
PPM解码器必须决定在包含光脉冲的一个帧时间内的M个缝隙的那一个出现脉冲。
第13页，本讲稿共21页
按制式分类
相干光通信系统
第14页，本讲稿共21页
按制式分类
外差检测及信号频谱分布
第15页，本讲稿共21页
按制式分类
零差检测及信号的频谱分布
第16页，本讲稿共21页
按制式分类
相干光通信最显著的优点就是接收灵敏度很高，与直接检测系统相比，灵敏度可以提高10~20dB，从理论上讲灵敏度可以达到探测器的量子噪声极限，在BER=10-9下，可达到9光子／比特，相干光通信的第二个优点就是具有很好的频率选择性，从而可以减少背景光的影响。
在直接检测系统中，只能使用强度调制的方式对光波进行调制，而在相干光通信系统中，可以具有调幅、调频、调相等多种调制方式．
相干光通信优点的获得，是以其系统的复杂性为代价的，它对光源、调制、传输、接收的要求都要比直接检测方式严格得多。
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无线光通信系统组成
第18页，本讲