无线光通信系统的噪声模型

通信系统中，信号与噪声共同存在，在一定条件下可以相互转化，一般来说噪声是有害的。本书分析了无线光通信系统中噪声产生的机理，有助于规避噪声导致的不良影响，改善通信系统的性能；从基础理论出发，结合工程实践，探讨了无线光通信系统中噪声产生的机理，建立了无线光通信系统的噪声模型，分析了抑制无线光通信系统噪声的途径。本书试图为无线光通信的推广应用奠定理论基础，提供实验依据。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 无线光通信系统噪声模型研究现状 2
1.2.1 信源噪声 3
1.2.2 信道噪声 5
1.2.3 信宿噪声 8
1.3 大气湍流模型研究现状 9
1.3.1 大气湍流效应 9
1.3.2 大气湍流模型研究进展 10
参考文献 13
第2章 光电探测器及其噪声模型 23
2.1 光电探测器 23
2.1.1 光电探测器及其分类 23
2.1.2 光电探测器的性能指标 26
2.2 光电探测器噪声模型 28
2.2.1 信源噪声 28
2.2.2 光电倍增管 29
2.2.3 雪崩光电探测器 32
2.2.4 PIN光电探测器 35
2.2.5 四象限探测器 38
2.2.6 量子点红外探测器 42
2.2.7 平衡探测器 44
2.2.8 双平衡探测器 46
2.3 光电探测器噪声 49
2.3.1 光电探测器的噪声来源 49
2.3.2 典型光电探测器噪声模型 51
参考文献 57
第3章 大气湍流 65
3.1 湍流的形成 65
3.2 大气折射率起伏 67
3.3 大气折射率结构常数 68
3.4 大气湍流功率谱模型 70
3.4.1 Kolmogorov谱 71
3.4.2 Tatarskii谱 72
3.4.3 von Karman谱 74
3.4.4 Greenwood-Tarazano谱 75
3.4.5 Hill谱 76
3.4.6 Andrews谱 77
3.4.7 non-Kolmogorov谱 78
3.4.8 随高度变化的湍流谱 80
3.5 信源噪声模型 81
3.5.1 激光器相对强度噪声模型 81
3.5.2 激光器相位噪声模型 82
3.6 信道噪声模型 82
3.6.1 Log-normal分布 83
3.6.2 Gamma-Gamma分布 84
3.6.3 负指数分布 85
3.6.4 Malaga分布 85
3.6.5 柯氏分布 86
3.7 信宿噪声模型 88
3.7.1 泊松噪声模型 88
3.7.2 倍增噪声模型 88
3.7.3 热噪声模型 89
3.7.4 光电探测器放大噪声模型 89
3.7.5 散粒噪声模型 90
3.7.6 相位噪声模型 90
3.7.7 1/f噪声模型 91
3.8 光信号在大气湍流中的传输特性 91
3.8.1 大气衰减对光传输的影响 91
3.8.2 大气湍流对激光传输的影响 95
参考文献 101
第4章 大气湍流噪声测量实验 104
4.1 大气湍流噪声 104
4.1.1 理论推导 104
4.1.2 大气湍流噪声对光通信性能的影响 105
4.2 实验方法与测量链路 113
4.2.1 实验方法 113
4.2.2 测量链路 113
4.3 大气湍流对激光传输的影响 115
4.3.1 光强概率密度分布 115
4.3.2 偏斜度与陡峭度 117
4.3.3 大气折射率结构常数 119
4.4 大气湍流对光通信性能的影响 122
4.4.1 中断概率 122
4.4.2 衰落概率 123
4.5 孔径平滑效应及实验 124
4.5.1 孔径平滑效应 124
4.5.2 孔径平滑实验 130
参考文献 135
第5章 大气湍流抑制方法 137
5.1 抑制大气湍流的关键技术 137
5.1.1 大孔径接收技术 137
5.1.2 部分相干光传输技术 139
5.1.3 分集技术 142
5.1.4 自适应光学技术 144
5.2 抑制大气湍流的实验 149
5.2.1 多光束传输技术实验 149
5.2.2 自适应光学波前校正技术实验 152
5.3 发展趋势与总结展望 154
5.3.1 发展趋势 154
5.3.2 总结展望 155
参考文献 156
第6章 可见光通信路径损耗模型 163
6.1 可见光通信信道理论 163
6.1.1 信道脉冲响应 163
6.1.2 信道直流增益 164
6.1.3 均方根延迟扩展 165
6.2 车联网可见光通信系统模型分析 166
6.2.1 接收端半视场角 166
6.2.2 光电探测器和透镜与半视场角的关系 169
6.2.3 发射端视场 170
6.3 车联网可见光路径损耗模型 172
6.3.1 直视传输分析 172
6.3.2 反射分量分析 175
6.3.3 路径损耗模拟 176
6.4 可见光通信不同天气衰减 177
6.4.1 雨天衰减 177
6.4.2 雾天衰减 180
6.4.3 雪天衰减 184
6.4.4 沙尘天气衰减 186
6.5 不同路段和天气条件下的实验测量 188
6.5.1 不同路段实验测量数据及分析 188
6.5.2 雨天测量数据及分析 190
6.5.3 雾天测量数据及分析 192
6.5.4 雪天测量数据及分析 193
6.5.5 数据统计特性 195
6.6 不同天气条件下的通信性能分析 196
6.6.1 不同车辆距离接收光功率 196
6.6.2 不同车辆距离接收信号误码率 199
6.6.3 信噪比与误码率之间的关系 202
6.7 总结与展望 204
6.7.1 总结 204
6.7.2 展望 205
参考文献 206
第7章 水下无线光通信信道模型 208
7.1 海水信道特性 208
7.1.1 海洋湍流谱模型 208
7.1.2 水下粒子衰减特性 209
7.2 水下光直视传输 218
7.2.1 接收光功率与误码率 218
7.2.2 仿真分析 220
7.3 光在海洋湍流中的传输 224
7.3.1 闪烁指数的理论计算 224
7.3.2 闪烁指数的仿真分析 225
7.3.3 光束漂移与误码率 228
7.3.4 光束漂移与误码率分析 230
7.4 水下无线光通信实验 233
7.4.1 实验系统 233
7.4.2 数据统计分析 234
7.4.3 水下折射率结构常数 236
7.4.4 概率密度函数 238
7.5 实验结果分析 241
7.5.1 闪烁指数 241
7.5.2 光功率损耗 242
7.5.3 不同信噪比下的误码率 244
7.6 跨介质光传输特性 245
7.6.1 跨介质光传输模型 246
7.6.2 跨介质光传输实验 247
参考文献 251
第8章 紫外光通信噪声模型 254
8.1 紫外背景光理论模型 254
8.1.1 太阳对地辐射理论模型 254
8.1.2 大气参数 258
8.1.3 “日盲区”紫外背景光辐射模型 260
8.2 紫外光通信路径损耗模型 263
8.2.1 单次散射模型 263
8.2.2 多次散射模型 266
8.2.3 紫外光通信路径损耗分析 269
8.3 不同天气下的紫外光散射信道特性 271
8.3.1 雨天的紫外光散射信道特性 271
8.3.2 雾天的紫外光散射信道特性 274
8.3.3 沙尘天的紫外光散射信道特性 277
8.4 噪声模型实验测量 280
8.4.1 近地背景光噪声模型 280
8.4.2 高空背景光噪声模型 283
8.5 紫外光非直视散射通信的光强分布特性 287
8.5.1 紫外光非直视模型 287
8.5.2 紫外光非直视概率密度函数实验测量 290
参考文献 291
第9章 噪声模型分析示例 294
9.1 噪声模型 294
9.2 光源噪声模型 295
9.2.1 激光器静态非线性失真 295
9.2.2 产生-复合噪声 296
9.2.3 激光器动态非线性失真 296
9.2.4 激光器削波失真 299
9.3 大气信道噪声模型 300
9.3.1 大气湍流噪声模型的演化 303
9.3.2 背景光噪声 309
9.3.3 光强的雨衰减 315
9.4 探测器噪声模型 325
9.4.1 散粒噪声 325
9.4.2 光子噪声 327
9.4.3 热噪声 328
9.4.4 1/f噪声 330
参考文献 330