无线光通信系统光相干检测技术研究

摘要

无线光通信以其诸多的优点已成为当今通信领域中极具潜力的一种信息传输方式,在其接收端应用光相干检测技术可以极大地提高系统接收灵敏度。针对光相干检测技术实现面临的光束准直匹配较难、器件指标要求高等技术难题,本文深入研究了无线光通信系统光相干检测技术的实现方案,为解决无线信道光束传输对准、减小光学失配对相干光接收性能的影响,进行了光学天线跟踪控制系统设计与实现。
　　首先,论文从光无线传输信道影响因素和光接收机模型开始,重点分析了接收光学天线系统和光电探测器,主要从光场宏观分布和器件微观机理等方面进行研究,指出了有利于提高系统性能指标的方法与途径。此外,从理论上对光相干检测的影响因素进行了讨论,并通过对理想相干和准直失配这两种不同接收条件下光相干检测的对比分析,明确了光相干检测系统优越性实现所必须解决的技术难题。
　　其次,针对无线光通信系统的基本结构和光相干检测的技术特点,给出了无线光通信光相干检测系统和光学天线及其跟踪控制的具体设计方案,确定了光相干检测系统的具体实现细节及相关器件参数,选择伽利略光学天线作为系统的光学天线,并基于反馈控制原理设计了其光学跟踪控制装置,进而有效的保证了光相干检测系统的接收可靠性。
　　最后,通过对无线光通信链路特点及参数的分析,明确了影响光相干检测系统接收光功率的各种因素,给出了传输比特率理论上限及其对系统量子极限灵敏度的影响程度。根据系统建模及软件仿真,指出了系统中频带宽与传输速率的关系,以及准直失配角对系统光相干检测的影响,从而为系统实现最佳传输提供了有益的指导。最后在不同的测试环境下,对光学跟踪控制装置进行了可靠性验证和功能测试,证明该装置具有方便、快速、平稳、可靠等特点,为无线光通信的链路保持和光相干检测的有效实现提供了可靠的保障。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

§1.1 研究背景

§1.2 无线光通信及其发展应用

§1.3 光相干检测技术

§1.4 课题来源和论文安排

第二章 无线信道影响及光接收机模型分析

§2.1 激光传输无线信道的影响

§2.2 缓解信道影响的解决方法

§2.3 接收端光场模型及分析

§2.4 光电探测器模型及分析

§2.5 本章小结

第三章 光相干检测技术

§3.1 光的相干性

§3.2 光相干检测原理及信噪比分析

§3.3 光相干检测特点分析

§3.4 本章小结

第四章 无线光通信光相干检测方案设计

§4.1 系统整体方案

§4.2 光通信相干检测子系统

§4.3 接收光学天线

§4.4 光学天线跟踪控制子系统

§4.5 本章小结

第五章 系统链路分析及实验

§5.1 光通信子系统链路分析

§5.2 系统仿真实验

§5.3 光学天线自动跟踪控制装置实验及分析

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 全文总结

§6.2 未来工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果

附录：跟踪控制装置中单片机主要程序