无线光通信技术网络论文范文
无线光通信技术网络论文范文 无线光通信技术论文篇一 无线光通信的技术研究 摘要：无线光通信是一种利用光波作为载波在自由空间中直接进行 通信的一种方式，该技术具有广阔的应用前景。本文介绍了无线光通信的工作原 理及组成，并介绍了几种常见问题的解决方案。
关键词：
FSO 无线光通信 ATP 1.前言 最初，在出现了激光器这一理想光源后，人们就是沿用无线通信的原 理，利用大气作为传输通道，直接进行光通信的。但由于当时技术的限制，比如 传输距离较短，受天气影响严重等问题的制约，其发展一直停滞不前。无线光通 信凭借其特有的优越性，最近几年来，又受到国内外众多企业及运营商的普遍重 视。
无线光通信，又称“自由空间光通信”FSO(FreeSpace Optical Communication)或“虚拟光纤”(VirtualFiber)，是光在自由空间(大气，外太空或水) 中直接进行通信的一种方式。
近年来，人们对通信的速率及容量的要求越来越高，现有的通信系统 80%以上都采用的是光纤通信系统。但用户接入网的光纤化由于其费时费力，且 成本高而发展受阻，而无线光通信由于其安装简单，费用低，而成为用户接入网 “最后一公里”的最好的解决方案。另外，对于一些突发事件造成的通信中断，无 线光通信也是一个非常好的应急方案。例如，美国“9.11”事件发生后部分地区的 应急通信就采用了很多的无线光通信技术。最近几年国内外的许多企业都在无线 光通信的技术上都有新突破，有的已经投入商用，比如美国朗讯公司的2.5×4Gb/s 的波分复用系统，日本佳能公司的无线光通信系统等。笔者总结了这方面的技术， 以便有更多的人才关注这一方面的技术。
2.工作原理 无线光通信是光纤通信和无线通信的结合，利用激光在自由空间内进行通信，可传输话音、视频等多种业务，其速率最高可达2.5Gb/s。一个完整的 无线光通信系统主要由发射系统和接收系统两部分组成。其原理框图如图1所示。
发射系统主要由编码器、调制器、光源和发射天线组成。由于大气信 道的不稳定，大气激光通信中的误码问题较为严重，所以利用编码器进行前项纠 错处理，然后将信号送至光调制器，调制到一个由激光器产生的激光束上，利用 发射天线发送，经过大气信道的传输，到达接收端。接收系统主要由接收天线、 光检测器、解调器及译码器组成，其工作过程与发送过程相反。接收天线接收到 信号后，经光检测器和调制器将其转换为相应电信号，最后经译码器输出。
接收光学天线的任务是将一定面积内的信号光会聚到光检测器上，目 的是增大接收光信号的功率;发送光学天线的任务是压缩光束发散角，降低激光 束在大气中传播时的发散损耗。一般来说，由于成本和维护的考虑，大气激光通 信大都采用折射式光学天线。
3.无线光通信中常见问题及解决方案 (1)大气湍流的影响 大气湍流就是大气各点的密度不均匀的微小起伏，是由于地球表面的 空气的不断对流引起的。密度的变动造成折射率的变化，激光束通过时，就会偏 离原来的方向，发生不稳定的折射偏折，这种现象也叫做“大气抖动”。由于接收 点固定不动，收到的光信号强度就会有起伏变化，带来强烈的干扰。
对于这个问题可以采用差错编码技术来控制其影响，目前采用Tubro 码可以很好地改善大气湍流对接收光强的影响。如下图所示：Tubro码编码系统 与未编码系统的性能比较。
(2)大气衰减的影响 激光器作为一种理想的光源，具有体积小、寿命长、调制方便，而且 发射光束单色性好、方向好等特点。民用无线光通信系统主要选用的是半导体激 光器。对于其工作波长，由于存在大气衰减，即因大气对光束的吸收和散射作用 引起的信号能量减弱，又因为大气的散射作用与大气中微粒的数目和大小有关， 而且对于不同波长的电磁波，大气的衰减作用也不同(如图3所示)。在图中，我 们可以看到720nm―15000nm的光波在大气中的透射特性。显然，为了尽可能消 除大气带来的损耗，通信波长应选择在大气“窗口”位置。大气激光通信一般采用的850nm、1550nm波长均位于大气透射的“窗口”中，因此透射率很高，大气损耗 小。又因为目前光纤通信一般都选择1550nm波长，可用器件选择余地大，而且 1550nm波长的光源在通信性能和人眼安全性上都有更好的表现，所以无线光通 信一般选择工作波长为1550nm。
(3)建筑物晃动的影响 建筑物晃动将影响两个点之间的激光对准，其最大值可达4mard/2层 楼。对于大气激光通信来说，为了保证光传输链路的性能，光链路两端的对准(捕 获)和保持(跟踪)至关重要。但在对准之后，在风力和其他因素的作用下，建筑物 会有一些晃动，就必须要求链路两端设备必须具备自动跟踪的能力。
对于这种问题可以采用散光法和自动跟描技术又称(ATP技术)来解决。
所谓散光法就是让激光束以较大的角发送，这样到达接收端时光束就 会形成一个很大的光锥。但是，若发射角太大，则通信距离和接收端信号的强度 都会受到相应的影响。
高精确的捕获(Acquisition)、跟踪(Track-ing)和瞄准(Pointing)技术可以 避免这个问题，所以已经成为无线激光通信中的关键技术。ATP系统主要包括两 个子系统：
1)预对准系统：根据预先设定的通信方向，控制光束方向，使其能较 为准确地对准光接收器。
2)跟踪系统：可分为粗跟踪系统和精跟踪系统，在不同视角/视场范围 内捕获目标，并对目标跟踪，然后将目标控制在跟踪能够实现的范围内，始终使 系统处于最佳接收位置。位置探测如下图4所示，较为常用的探测器有PSD、CCD 和QD。粗跟踪系统常采用CCD来实现，并与带通光滤波器、信号实时处理的伺 服执行机构完成粗跟踪目标的捕获，其捕获范围可达±1°―±20°或更大。精跟踪 系统通常采用四象限红外探测器QD或Q-APD高灵敏度位置传感器来实现，并配 以相应的电子学伺服控制系统，其要求现场角为几百微弧度，跟踪精度为微弧度， 跟踪灵敏度为微几mW。
4.结束语 无线光通信由于具有与多优点，比如无需申请频带许可证，组网方便，安全性好，抗干扰性好，故在一些应急场合、特殊场合，如高电磁干扰场合、不 易布线的场合，还有一些军事部门的应用前情都非常好，在未来的通信市场有非 常广阔的前景。
无线光通信技术论文篇二 无线光通信中信号处理技术研究 摘要：本文从无线电通信技术的特点入手，重点研究其在通信使用过 程中的信号处理技术，并在此基础上详细分析了语音解码的工作原理，就如何提 高无线光通信的信号处理效率作详细论述，以供相关人士参考。
关键词：无线光通信;信号处理;处理技术;研究 早在激光器诞生之前，无线光通信技术便受到了国内外科研人员的广 泛关注，但由于找不到相对稳定的光源，所以无线光通信一直受到技术上的制约， 无法取得更好突破性的进展。而后，激光器诞生，无线光通信技术终于获得发展 源动力，开始在通信领域内进行跨越式的飞进。但在目前的研究工作中，纵使无 线光通信技术得到了激光器的帮助，找到了稳定的光源，但通信效果差这一新问 题又给无线光通信技术带来了新的挑战。
1、无线光通信技术的定义和特点 随着通信网建设的发展，局域网以及千兆以太网开始快速增长，将这 些高速的局域网和千兆以太网连接到运营商的通信网络，必须依靠容量巨大的接 入网络。当前有很多接入技术可供选择，比如光纤、微波、XDSL等，但光纤敷 设时间长及高额投入限制了普及;微波技术日渐成熟，但这种接入方式需要高额 的初始投资，对业务提供商而言，这种接入方式不很经济;而自由空间光通信FSO， 作为一种新兴的宽带无线接入方式浮出水面，是解决宽带网络“最后一公里”的传 输瓶颈的有效途径，FSO的出现引起了业界广泛地关注。
无线光通信技术，也可称为自由空间光通信技术，英文简称FSO，其 实质是指利用激光作为信号载体，采用点对点对接方式来实现信号传递和接收的 一种自由通信方法。无线光通信技术不需要借助光纤，仅仅只依靠空气来实现信 号连接。比起其他通信技术，无线光通信技术具有着高带宽、部署速度快以及经济实用、费用合理等优点。由于无线光通信技术借用通信设备的发光二极管或激 光二极管为稳定光源，所以无线光通信技术具有的“无线光纤”的美誉。
综合分析，相比于其他通信技术，无线光通信技术具有以下几大优 点：一，首先是，无线光通信技术采用激光作为其通信信号的载体，而激光因为 具有发射光线集中的特点，所以能传递更多的通信信号，并保证信号传递的稳定 性，从而提高通信质量;二，无线光通信不容易受到频率的干扰和管制。通常情 况下，无线光通信的工作频率维持在360THz，属于超高频率，因此无线光通信 设备在运作时一般不会受到其他信号的干扰，也不用使用相关的频率资源是;三， 无线光通信的流量比较大，当前人们所使用的无线光纤具有超大、超强的数据传 输功能，不仅传输速度快，传输容量也相对较大，就现阶段投入使用的光通信设 备来说，该设备的最快数据传输速度可高达3.5Gb/s。
2、无线光通信的信号处理 不管是无线光通信技术，还是其他类型的通信技术，通信信号处理始 终是实现通信的先决条件。而对于无线光通信技术来说，其技术之所以能够实现 信号的稳定传递和大容量运输，主要原因还是因为其具备着先进而优越的信号处 理技术。下面就无线光通电中的信号处理技术作浅要探析。
2.1 数字信号的处理流程 (1)采样。采样是无线光通信信号处理工作中的第一个环节。鉴于无 线光通信其实是一种模拟模拟数字化技术，所以在开展模拟信号数字化工作之前， 要先将需要传递的数据信息或信号作离散处理，将原来的连续性时间信号离散开， 使信号保持离散状态。从频谱上来看，采样的过程实际是带限信号频谱搬移的过 程，即信号频谱搬移到以WS、2ws…为中心的上下两边的位置，因此，可以考虑 利用信号过滤器提取一段信号频谱，从而有效恢复原来信号。语音信号的采样频 率一般为8kHz，设计中所采用的就是8kHz。
(2)量化。通过量化程序，能够将连续有规律的信号转换成无规则的 信号。在PCM数字化过程中，通常利用二进制数字码来表示采样值，而二进制数 字码代表的样值十分有限，因此要用有限数量的样值表示原模拟信号无限各幅度 采样值就需要进行量化。通过量化处理，能够将样值划分为一定数量的小段落， 利用段落内某个值来表示样值。量化间隔大小不定，可以相同也可以不相等，如 果间隔相等，则称为均匀量化，否则称之为非均匀量化。为了有效提高通信质量，降低外部环境的干扰影响，采用压缩和解压缩方法来实现原始信号非均匀量化。
在编码位数保持不变的前提条件下，可先放大较小信号，放大程度视信号大小而 定，信号越大放大倍数相应递减。实际中常用的非均匀量化方式有我国和欧洲使 用的A律，以及美国、日本、加拿大等使用的u律，由于A律和u律是有理想对数 压缩律转化而来的因此通常A律13折线压缩律和u律15折线压缩律分别作为它们 的代替。
(3)A律压缩量化。非均匀量化过程要按照信号大小来选择恰当的间隔 距离。一般原则：当输入信号大时，量化间隔大;输入信号小时，量化间隔小。
这样可以改善小信号输入时的信噪比，增加动态范围。
2.2 无线光通信中语言解码方法分析 (1)比特流的解包和纠错。解码器将接收到的数据包，按一定的规则 分成不同的编码。不同的音频格式对应不同的解码技术和过程，通常先对基音周 期进行解码，因为基音周期含有清浊类型的信息。
增益的修正。对于无背景噪声环境下的输入信号，解码后的增益必须 进行一定数量的衰减。在决定第一增益G1的衰减之前，先对背景噪声Gn进行估 计，如果当前帧的参数是用上一帧的参数代替的，就不用对噪声进行抑制，自适 应谱增强也要用到背景噪声的估计。
(2)参数的插值。由于每帧语音只传输一组参数，考虑到一帧内可能 有不止一个基音周期，因此要对接收到的参数进行从帧到基音周期的转换和插值。
MELP的参数在合成时都要进行基音同步的插值。这些参数包括增益、线谱对频 率、基音、抖动标志、傅氏级数幅度值、混合激励脉冲和噪声的系数，以及自适 应谱增强滤波器的频谱倾斜系数。
(3)增益的校正。为了保证合成语音的连贯性，在一个基音周期内前 10个样点的校正因子是当前帧的校正因子与前一帧的校正因子的线性内插值。
(4)脉冲整形滤波。脉冲整形滤波器是一个65阶的FIR滤波器。取一个 固定的三角脉冲，其宽度是男性典型的基音周期。计算三角脉冲的DFT，对幅度 谱进行归一化后再进行DFT反变换得到滤波器的系数，它具有减弱某些频带处周 期性的作用。
3、结束语综上所述，当前，无线光通信技术以其特有的优势已占据了通信领域 中的最核心位置，并且随着科学技术的不断发展，科研人员对无线光通信技术的 探讨和研究还将继续深入，无线光通信现有的缺陷与不足也会在研究中被不断改 进和完善。总而言之，无线光通信技术未来的发展前景必然也将变得越来越明亮 而宽阔。