无线激光通信调制方式性能分析

无线激光通信技术应用分析蔡凤福【摘要】无线激光通信(Wireless Optical Communication)又称自由空间光通信或大气激光通信,是近年来出现的通信热点,它是以大气或者自由空间为媒介,让载波激光在大气中传输有效信息的一种新型的通信技术.无线激光通信有无线电通信的便利性,同时也继承了光纤通信的绝大部分优点,尤其是大通信容量的特点.它凭借着传输速率高、方便灵活、保密性好、抗于扰性强等特点脱颖而出,在民用和军用上得到了广泛的应用,成为一种极具竞争力的新兴的通信技术.文章主要介绍无线激光通信的基本工作原理,分析了无线激光通信关键技术技术,以及国内无线激光通信应用的现状,供大家参考.【期刊名称】《中国新技术新产品》【年(卷),期】2010(000)012【总页数】1页(P29)【关键词】FSO;激光;无线;宽带接入【作者】蔡凤福【作者单位】广东公诚通信建设监理有限公司,广东,广州,510610【正文语种】中文1 无线激光通信的基本原理无线激光通信不是用光纤作为传输媒介，而是以大气为媒质，通过激光或光脉冲在太赫兹(THz)光谱范围内传送信息的通信系统；其传送终端在原理上与光纤传送终端十分相似，但由于用在接入系统，因而组成更为简单。

激光具有普通光的一切特性，即折射、反射、透射、衍射和干涉等，但它比普通光具有更优良的特性，即单色性(激光光波都具有相同的频率)好，强度高，相干性与方向性好，因此激光束的发散角度小，能量集中在很小的范围内，接收器可获得比微波高几个数量级的功率密度。

无线激光通信本质上也是一种无线电通信，但它与一般无线电通信相比又有区别。

在无线激光通信系统中多了两个转换过程，即在发送端进行电一光的转换，在接收端进行光一电的转换。

一个光传输系统，所用的基本技术，也就是光电的转换。

在点对点传输的情况下，每一端都设有光发射机和光接收机，具有全双工的通信能力。

通常把待发送的信息源(语言、文字、数据、图像等)，通过信号转换设备(话筒、摄像机等)转换成模拟或数字电信号，然后把这些信号输入光调制器，调制到一个由激光器产生的激光束(激光载波)上，并控制这个载波的某个参数(振幅等)，使它按电信号的规律变化。

光纤通信中的信号调制和调制技术随着信息时代的来临，通信技术得到了极大的发展，无线通信、光纤通信、卫星通信等各种通信技术日益成熟，其中光纤通信技术是现在最为先进的通信技术。

而在光纤通信中，信号调制和调制技术起到了至关重要的作用。

一、光纤通信中的信号调制在光纤通信中，信号调制是将传输的信息信号转化为可被光纤传输的光信号的过程。

信号调制的目的是为了将信息信号的能量集中在较低频率的带宽内，使其易于传输。

根据调制方式的不同，信号调制可以分为多种类型，下面介绍其中的几种。

（一）直接调制直接调制又称直接调幅，是一种较为简单的调制方式。

当需要传输的信息信号为模拟信号时，可以采用此种调制方式。

直接调制的原理是利用信息信号的幅度来影响激光器的能量输出，使激光的输出光强随着信息信号不断变化。

（二）间接调制间接调制是一种基于调频原理的调制方式。

在间接调制中，需要先将信息信号进行频率的变化处理，再通过调制器将这个变化的信号和激光光源产生的信号组合起来形成调制后的光信号。

（三）频率调制频率调制是一种利用载波频率来表示信息信号的调制方式。

这种调制方式可以将信息信号的幅度和频率在一定程度上综合起来，产生调制后的光信号。

频率调制常用于数字信号的传输中，它能够将大量的数字信息编码成频率变化的波形，便于光纤传输和解调。

（四）相位调制相位调制是一种利用信息信号的相位来调制光信号的调制方式。

这种调制方式可以在保持基频不变的情况下，改变光信号的相位，从而传输信息。

相位调制通常用于数字信号的传输，它利用相位变化编码数字信号，能够实现高速传输和宽带通信。

二、信号调制技术除了信号调制本身，信号调制技术也是光纤通信中不可或缺的一部分。

信号调制技术主要是通过改变信号在不同频率下的幅度、相位或频率来调制光信号，实现信号在光纤中的传输。

（一）PSK调制PSK调制是一种利用相位差来表示数字信号的调制方式。

在PSK调制中，有多种不同的调制方式，包括BPSK、QPSK、8PSK 等等。

并对一些相 关问题 ， 如光信号调制技术 、 Ｐ Ａ Ｔ系统技 术、 大气影响等 作 了讨 论 ， 最后给 出了结
论。
关键词 ： 无线激光通信 ； Ｐ ； 冲位 置调 制； Ａ Ｔ脉 大气影响 中图分 类号 ：Ｐ ９ 文献标志码 ： Ｔ ３１， Ａ
０ 引 言
无线激光通信（ ｉｌｓ ｃ ｏ ｍ ｎ ａｏ）又称为大气激光通信（ｒ ｐｃ Ｌ ｅ Ｃｎｎ ｆａｏ）是一种新兴的 Ｗ ｒｅ ａＣｍ ｕｉｔｎ ， ｅｓ０ ｌ ｃｉ Ｆ ｅ ａ ａ ｒ ｏ ｍ ｅｉ ， ｅ Ｓ ｅ ｓ ￣ ｉ ｔｎ 通信方式。它以大气为媒介， 用激光或者光脉冲传输分组数据， 其传输速度类似予光纤传输 ， 又不需要无线电频率使用 许可 ， 元需在频谱资源方面做很大的初始投资， 另外具有无须线路铺设、 移动性强、 通信容量大、 光束方向性好、 保密性高
的特点 ， 是一种具有广泛应用前景 的通信技术 ［ 。本文对无线激光通信技术的特点和应用进行介绍 ， 并就 相关 问题 进行
研究 。
１ 无线激光通信技术 系统组成
无 线激光通信是一种点对点 的定 向通信技术 ， 主要包 括发 射系统和 接收 系统两部分ｎ２， 、 其原理如 图 １ Ｊ 所示 。
发射过程的逆过程 。光 学接 收天 线 接收 到经 过信 号调 制 的激 光信 号 ， 送到 光 检 测器 ， 变换 为 电信 号 ， 过信 号 处 理 经
收稿 日期 ：ｏ８ ｌ ２ ２ ｏ 一Ｏ —ｌ
第～作者简 介 ： 张洪宪（９ ５ ， ， 江温岭人 ， 州职业技术 学院信息 电子 系副教授 ， 学硕 士 ， １６ 一） 男 浙 杭 理 主要研 究方 向为量子
维普资讯
第ｌ ７卷第 ３期
２０ ０８年 ５月

移动通信方面的教学与科研工作 。
将 信 息 加 载 于 激 光 的 过 程 就 是 调 制 。 高 效 、 可 靠 和 抗 干 扰 性能 强 的 的调 制 技 术是 高传 输 率 、低 误 码 率 通 信 的保 证 ，对 提 高 系 统 性 能 发 挥 着 很 重 要 的 作 用 ， 通 信 技 术 研
张 长 森 （ ９ １ ９６ ） 男 ， 副 教 授 ，研 究 生 导 师 ， 长 期 从 事 矿 井 监 控 和 ，
关 注 ，在 ２００１年 被 评 为 世 界 十 大 通 信 技 术 热 点 之 一 … 。 无 线 激 光 通 信 系 统 中 ，信 息 要 在 大 气 中 传 播 ，就 必 须 解 决 如 何 将 信 息 加 到 激 光 上 去 进 行 传 输 的 问 题 ， 这 种
究 人 员 竞 相 以 此 为 无 线 激 光 通 信 中 的 关 键 技 术 而 展 开 了 。 本 文 对 光 调 制 技 术 作 一 个 系统 的 介
绍和 分 析 ，对 比 了其 优 缺 点 ，对 采 用 不 同激 光 光 源 的不 同 系 统 选 用 合 适 的 调 制 方 式 时 有 一 定 参 考 价 值 。 目前 ， 实 现 激 光 调 制 的 方 法 ． 根 据 调 制 器 与 激 光 器 的 关 系 可 以 分 为 内调 制 （ 接 调 制 ） 外调 制 两 种 。 直 和
二 、 内调 制 及 其 应 用 前 景
内 调 制 是 信 号 对 光 源 本 身 直 接 调 制 ， 以 调 制 信 号 改 变激 光 器 的振 荡参 数 ，通 过 偏 置 电 流 的变 化 或 改 变激 光 管 的 腔 长 等 ，从 而 改 变 激 光 器 输 出 特 性 以 实 现 调 制 ， 加 载 信 号 是 在 激 光 振 荡 过 程 中 进气 衰 减 后 变 得 很 微 弱 的 情 况 下 ， 这 种 调 制 方 式 无法 保 证 通 信 的可 靠性 与 全 天 候 ，且 通 信速 率很 难 提 高 ，不 能 很 好 的 发 挥 光 通 信 的频 宽优 势 。

无线激光通信调制方式性能分析摘要:本文详细地分析了五种典型无线激光通信调制方式:OOK、PPM、DPPM、DPIM和DH-PIM,并结合无线激光信道特点,对各种调制方式的平均发射功率、带宽需求和误时隙率进行了分析比较。

结果表明:DPPM、DPIM和DH-PIM更具有优势,更适合于未来无线激光通信系统。

关键词:无线激光通信调制方式发射功率带宽误时隙率无线激光通信作为一种新型通信技术,可实现宽带传输,组网机动灵活,无需频率申请,且抗电磁干扰,保密性好,因此具有良好的应用前景。

适用于强度调制/直接检测无线激光通信系统的调制方式主要包括:开关键控调制(OOK)、各类脉冲位置调制(PPM)和脉冲间隔调制(DPIM)等。

本文在分析OOK、PPM、DPPM、DPIM和DH-PIM调制结构的基础上,对这几种调制方式的性能进行了分析比较。

通过分析可知PPM类调制方式与其它调制方式相比,它可以用较低的占空比实现高能量利用率,并可提高信道的抗干扰能力,是最适合作为未来无线激光通信的调制方式。

1 调制结构分析1.1 开关键控调制(OOK)在OOK调制方式中,对二进制信息比特进行逐比特的调制。

通过激光器的开断来生光脉冲,当所要发送的信息为“1”时,激光器在对应时隙内发送一个光脉冲;当所要发送的信息为“0”时,激光器完全关闭,在对应的时隙内不发送光脉冲,利用光信号的通断实现信息传输。

1.2 脉冲位置调制(PPM)单脉冲位置调制(L-PPM),是将一个二进制的M位数据组映射为由L=2M个时隙组成的时间段上的某一个时隙处的单个脉冲信号,其符号间隔为:T=log2L/Rb,被分为L个时隙。

如p数字脉冲间隔调制(DPIM)与PPM类似,也是一种脉冲位置调制方式。

但是DPIM调制每个符号所包含的时隙数不是固定的:分为无保护时隙和有保护时隙两种。

有保护时隙的DPIM调制方式通常采用一个保护时隙,这样可以有效地减少码间串扰的影响,该调制方式的符号Sk(k是符号所表示的十进制数)的时隙个数为k+2,脉冲在每个符号的起始时隙上,后加一个保护空时隙,再加上k个空时隙来表示信息。

无线激光通信概念图 光学接收 机
激光器
调制器
发射机光学天 线
接收机光学 天线
调制器 激励器 光信号
无线电接 收机
编码器 已还原信号 信息 信息信 号
解码器
因此ATP是光通信成功的关键所在。使之始终保证双方处于对准状态。光天线在接收到光 信号之后，经过光学分束，信标光的一部分至粗对准探测器，输出信号由粗对准控制，驱 动粗对准机完成粗对准，信标光的另一部分经精对准机构，分光片至精对准探测器，由精 对准控制器控制精对准机构王城双方的精确对准和跟踪，信号有信号探测器检测。在发送 端和接收端各有一个光收发信机，将需要传送的信息调制到激光信号上，通过大气信道传 输到接收端。由于大气对光信号具有衰减效应，大气湍流还会引起光斑的漂移，因此在收 发端机用自动跟踪瞄准系统来修正大气湍流残剩的光斑漂移，但是由于大气中存在多种随 机现象，接收机检测到的关心好会有强度的起伏和光斑中心的随机抖动。而对于短距离激 光通信我们也可以采用望远镜, 2.光发射机主要包括激光器，调制解调器，核心是激光器。激光器需要两只，一只是信标 激光器，一只是信号激光器。信标激光器用作ATP系统，信号激光器具有良好的光束质量 和频率响应。激光器的波长应该选择比较成熟的技术，具有良好的可靠性。 3.接收机主要包括光探测，低噪声前置放大和信号处理电路。光探测器的主要功能是（1） 探测对方发过来的信标光，确定信标光的位置，计算位置误差信号，驱动ATP单元，校正 接收天线的方向和完成天线的粗对准。（2）在粗对准完成之后，利用信号光在四象限探 测器上的位置，由ATP系统完成双方天线的精对准和跟踪。（3）探测双方发过来的光信号， 解调出有用的信息 4.信号源的信号可以是语音，图像和数据以及视频，经过编码后，调制为双方约定的格式， 有天线发射出去，编码可以采用开关键控，相位调制编码ppm等 5.通信信道 大气中的各种自然现象会对光信号的传输照成影响，但他们会对不同波长的光照成的影响 不一样，所以选择合适的波长的光来保证光信号传输足够远的距离。这里窗口就是在介子 中合适某段激光传送的波段。

COOFDM 传输系统调制方式分析(2)CO-OFDM 传输系统调制方式分析在多模光纤、POF 或光无线系统中，接收端有多种光模式，OFDM 信号必须用光强表示（用光强表示时系统是线性的）。

也就是说调制信号必须是正极实值信号，然而基带OFDM信号是双极性的。

因此，如何产生单路的OFDM 实值信号成为研究重点，目前有两种解决方案，即直流偏置光OFDM（DCO-OFDM）和非对称限幅OFDM （ACO-OFDM）。

DCO-OFDM 系统就是将OFDM 信号的时域波形加一个直流偏置电压，使双极性的信号波形向上平移，变为单极性的。

但是，由于参加直流偏置电压，不仅会导致峰均比（PARR）过高，降低系统性能，还降低了光功率利用率。

ACO-OFDM 系统是将OFDM 的负值信号削掉，只保存正值信号，这样会导致严重的子载波干扰（ICI），但是如果只保存奇数频段信号，子载波干扰只落在偶数频段，这样就不用外加直流偏置电压，不仅提高了光功率利用率，还能有效改善ICI。

1.2 光场调制—单模系统根据单模光纤系统特性，只能采用光场调制，不能采用光强调制，根据接收器的接收方式，O-OFDM 大致上可以分为两类：相干光OFDM（CO-OFDM 和直接探测OFDM（DD-OFDM）。

相干光 OFDM （CO-OFDM）：这种形式的OFDM 信号和无线通信中的在OFDM 一样，不过光载波替代RF 载波。

由于涉及到相干探测，对发送和接收端的本振激光器要求很高。

如果射频 OFDM 信号经过光调制器调制到光波上，光波中包含光载波和射频信号，在接收端，可以直接利用光电探测器进行探测，光电流中包含射频的OFDM 信号，经过滤波即可提取出所需的射频OFDM 信号。

由于CO-OFDM 信号的解调需要本振光源，并且对发射器和接收器的光源带宽要求很高（<100MHz），因此实现本钱很高。

CO-OFDM 中仍然存在本证信号的频率、跟踪，以及相位的估计校正问题。

ｒａｔｉｏ ｐｅｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｉｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｕｎｃｏｄｅｄ ａｎｄ ｃｏｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｓ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｃｏｄｉｎｇ ｄｏｓｅ ｎｏｔ ｎｅｃｅｓｓａｒｉｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ
进入９０年代后，随着大功率半导体激光器器件的研制成功、激光技术、光电 探测等关键技术和日益完善与成熟，以及空间通信需求的日益增加，无线光通信 重新唤起了人们的热情，在探索大容量、高数码通信的研究中自由空间光通信技 术悄然复苏并逐渐走向实用化【３】。１９８８年，巴西ＡＶＩＢＲＡＳ宇航公司研制出一种便 携式半导体自由空间光通信系统，其外形如一架双筒望远镜，在上面安装了激光 二极管和麦克风，将一端对准另一端即可通信，通信距离１ ｋｍ，如果将光学天线 固定下来，通信距离可达１５ｋｍ。１９８９年美国ＦＡＲＡＮＴＩ仪器公司研制出一种短距
ＰＰＭ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
Ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ
ｌ玛ｃｏｄｅ
西安电子科技大学 学位论文独创性（或创新性）声明
秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。
ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｐａｃｋｅｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ．Ｓｏ ｔｈｅ ＰＰＭ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｒｅ ｐｒｏｐｉｔｉｏｕｓ ｔｏ ｔｈｅ ＦＳＯ ｓｙｓｔｅｍｓ．

无线光通信中PPM和DPPM调制方式的研究作者：常新栋Chang Xindong（电子工程学院，光电子技术系，电子科学与技术，1101班）指导老师：谢东华Xie Donghua(电子工程学院，光电子技术系，讲师）摘要：随着信息化社会的到来，通信技术也得到了日新月异的发展。

在过去的几年中，人们对传输速率的要求越来越高，使用高速率数据传输的用户数量每年都在递增，光纤通信因为能传输高速率的数据，成为广域通信网的骨干网络，如今在广域通信网中80%以上的信息是通过光纤传输的。

但是从光纤骨干网到用户之间的"最后一英里"，如果铺设光缆，不仅花费大而且耗时；许多无线通信技术可以解决"最后一英里"的问题。

在无线光通信技术中，为了保证链路的可靠稳定，必须要有很好的链路功率预算。

无线光通信普遍采用强度调制/直接检测（IM/DD）系统，其主要调制方式有开关键控（OOK），脉冲位置调制（PPM），差分脉冲位置调制(DPPM)，数字脉冲间隔调制（DPIM）和双头脉冲间隔调制（DH-PIM）等。

本文主要分析开关键控（OOK），脉冲位置调制（PPM），差分脉冲位置调制(DPPM)等调制方式的符号结构，发射功率，带宽需求和误时隙率。

关键词：无线光通信；开关键控调制（OOK）；脉冲位置调制（PPM）；差分脉冲位置调制（DPPM）；符号结构；发射功率；带宽需求；误时隙率Research on wireless optical communication Pulse Position Modulation andDifferential pulse position modulationAbstract:With the advent of information society, communication technology has also been rapid development. In the past few years, people have become increasingly demanding high transmission rate, using high-speed data transfer rate of the number of users increase every year, optical fiber communication because it can transmit high-speed data, a wide-area communications network backbone network, Now in wide-area communications networks for more than 80% of the information is transmitted through optical fibers. But from the optical fiber backbone network to the users ‘last mile’. If the laying of fiber optic cable, not only costly and time consuming and many wireless communication technology can solve the ‘last mile’problem．In the wireless optical communication technology, in order to ensure the stable and reliablelink, must have the good link power budget. Wireless optical communication is widely used in intensity modulation / direct detection (IM/DD) system, the main modulation with on off keying (OOK), pulse position modulation (PPM),differential pulse position modulation (DPPM), digital pulse interval modulation (DPIM) and dual header pulse interval modulation (DH-PIM). This paper mainly analyzes the on-off keying (OOK), pulse position modulation (PPM), differential pulse position modulation (DPPM) modulation symbol structure, transmission power, bandwidth requirement and slot error rate.Keywords: Wireless optical communication; on-off keying modulation (OOK); pulse position modulation(PPM); differential pulse position modulation (DPPM); symbols; power; bandwidth; the slot error rate1.简介无线光通信作为一种新型的通信技术,同时具有光纤通信和移动通信的优势，可实现宽带传输，组网机动灵活，无需频率申请，并且抗电磁干扰，保密性好，因此近年来对无线光通信的研究受到了广泛的重视。

无线激光通信系统中的编码理论一、概述编码是无线激光通信系统的基础工具，其主要作用是实现发射端发出的信号在接收端能够正确地被解码出来。

在有限的总带宽下，容纳的信息量也受到限制，进而限制数据通信过程的效率。

因此，合理有效地使用编码技术，能够提高传输速率、减少误码率、提高传输质量，实现无线激光通信系统的正确传输。

二、编码理论（1）调制方式调制方式又称信号调制，是指将信息、数据或控制信号编码到传播介质中，以达到点对点传输信号的目的。

调制是将非数字信号（例如声音）转换为数字信号的过程。

常见的调制方式有：调幅调制（AM）、调频调制（FM）、数字调制（DM）和脉冲调制（PM）等。

AM调制是使用调制电路改变基础载波电平，以传输语音或数据信号的调制方式；FM 调制是使用调制电路改变载波的频率，以传输语音、图像或数据信号的调制方式；PM调制是使用调制电路改变载波的相位，以传输语音、图像或数据信号的调制方式；DM调制是使用调制电路改变数字信号的传输方式。

（2）编码规则编码规则是指将不同的二进制序列表示不同的信号。

一般来说，在计算机领域中，常见的编码规则是ASCII码、汉字编码和Unicode码等。

ASCII码是现代计算机最常用的编码规则，它将128个定长7位二进制序列编码到256个字符，使得多个计算机可以正确的交换、传输和显示数据。

汉字编码是一种应用于处理汉字文本的编码系统，以表示汉字的不同种类和读法。

它是一种多字节、多字符编码，它使得汉字能够在国际互联网上传输。

Unicode码由英文字母组成，每一个Unicode码代表一个字符，以及可能会有重复的Unicode码组成，它有很好的可移植性，可以跨平台使用。

三、总结编码是无线激光通信领域中重要的基础技术，其主要目的是将信号进行编码，以改善传输的效率和质量。

主要的编码方法有调制方式和编码规则，其中最常用的编码规则是ASCII码、汉字编码和Unicode码等。

熟练运用编码理论，可以使无线激光通信系统更安全、可靠地传输信号，实现更高的传输质量。

激光无线通信光发射与接收电路的设计一、激光无线通信的基本原理二、光发射电路的设计1. 激光器驱动电路设计2. 激光器保护电路设计3. 激光调制电路设计三、光接收电路的设计1. 光探测器选择与特性分析2. 前置放大电路设计3. 高频放大电路设计4. 信号解调电路设计一、激光无线通信的基本原理激光无线通信是利用激光作为信息传输的载体，通过空气中的传播实现数据传输。

其基本原理是利用激光器产生高功率狭窄束的激光，将信息转换为脉冲宽度调制（PWM）或强度调制（IM）信号，通过发射机向空气中发送，接收机则通过探测器将接收到的信号转换为电信号进行解码。

二、光发射电路的设计1. 激光器驱动电路设计激光器驱动电路是将直流或交流信号转换为足够高频率和幅度的脉冲，以使得激光器能够正常工作。

其主要组成部分包括信号发生器、放大器和脉冲调制器。

2. 激光器保护电路设计激光器保护电路用于保护激光器免受过电流、过压、过温等因素的损害。

其主要包括过流保护电路、过压保护电路和温度控制电路等。

3. 激光调制电路设计激光调制电路是将输入信号转换为PWM或IM信号，以控制激光的强度或频率。

其主要包括放大器、滤波器和脉冲调制器等。

三、光接收电路的设计1. 光探测器选择与特性分析光探测器是将接收到的激光信号转换为电信号的关键部件。

常用的有PIN型探测器、APD型探测器和PSD型探测器等。

在选择时需要考虑其响应速度、灵敏度和带宽等特性。

2. 前置放大电路设计前置放大电路用于放大从光探测器输出的微弱信号，并消除噪声干扰。

其主要包括低噪声放大器和滤波器等。

3. 高频放大电路设计高频放大电路用于进一步放大信号，并将其转换为可处理的中频或基带信号。

其主要包括中频放大器和混频器等。

4. 信号解调电路设计信号解调电路用于将接收到的PWM或IM信号转换为原始数据。

其主要包括解调器和滤波器等。

总之，在激光无线通信系统中，光发射电路和光接收电路都是至关重要的组成部分，其设计需要考虑多种因素，如功率、带宽、灵敏度、噪声等，以确保系统的稳定性和可靠性。

06
空间激光通信的最新研究动态
国际研究进展
高速数据传输
在空间激光通信技术领域，国际上正在研究如何实现更高的数据传输速率。通过采用更先 进的光源、光调制技术和信号处理算法，研究人员正在努力突破现有技术的传输速率限制 。
抗干扰与保密性
空间激光通信易受到大气干扰和恶意攻击的影响，因此国际上正在研究如何提高通信的抗 干扰能力和保密性。这涉及到对信号处理算法、加密技术和物理层安全机制的研究。
02
竞争激烈
随着通信技术的不断发展，空间激光通信面临着来自其他通信技术的竞
争。例如，卫星通信、微波通信等传统通信方式在市场上占据主导地位。
03
法规限制
空间激光通信涉及到空间法律和法规的限制，例如卫星发射、光束安全
等方面的规定。这可能对技术的推广和应用造成一定的限制。
发展前景
高速数据传输
随着人们对高速数据传输的需求不断增加，空间激光通信有望成为 未来卫星通信的主流技术之一。
03
空间激光通信的关键技术
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
高功率、高亮度激光技术
总结词
高功率、高亮度激光技术是空间激光通信的核心，它能够提供足够的能量在长距 离上传输数据。
详细描述
为了实现远距离的激光通信，需要激光具有较高的功率和亮度。高功率的激光可 以保证信号在长距离传输中保持足够的能量，而高亮度的激光则有助于提高信号 的信噪比，使信号在传输过程中能够更好地抵抗背景噪声的干扰。
光束质量改善技术
总结词
光束质量改善技术是提高空间激光通信性能的关键，它能够减小光束的发散角，降低背景噪声的影响 。
详细描述
由于激光在传输过程中会因为大气扰动等因素产生光束质量恶化，因此需要采用光束质量改善技术来 减小光束的发散角，提高光束的聚焦能力。这样不仅可以减小传输损耗，还能降低背景噪声的影响， 提高信号的接收灵敏度。

科技资讯2015 NO.35SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION信 息 技 术77科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 在无线光通信系统中,光信号在大气信道中传播会受到各种噪声的影响从而导致信息的丢失或传输错误,为减小这种影响,调制解调是一项关键技术。

应用在大气激光通信中的调制方式有多种,该文从符号结构、带宽需求和误时隙率等方面对OOK、PPM、DHPIM以及DPPIM这几种调制方式进行了详细分析,并进行了综合比较。

1 各调制方式的符号结构分析1.1 开关键控开关键控(On-Off Keying,OOK)是最简单的调制方式,利用光脉冲的有无来传递信息,在一个比特时隙内有光脉冲表示传输信息“1”,无光脉冲表示传输信息“0”。

1.2 脉冲位置调制脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)是将一组n位二进制数据映射为2n 个时隙组成的时间段上的某一个时隙处的单个脉冲信号。

脉冲在时隙中的位置即是二进制数据对应的十进制数。

1.3 双头脉冲间隔调制双头脉冲间隔调制(Dual-Header Pulse Interval Modulation,DHPIM)[1],每个符号由头部时隙与后续的空时隙组成。

头部时隙固定长度为 ()1α+个时隙(α为正整数),分两种情况: /2α个时隙和 ()/21α+个时隙;α个时隙和1个时隙。

k 为二进制数据对应的十进制数。

当 12M k -<时,头部时隙组合为前一种情况,后续的空时隙个数为 k ;当 k ≥12M -时,头部时隙组合为后一种情况,后续的空时隙的个数为 ()21Mk --。

1.4 双脉冲间隔调制双脉冲间隔调制(Dual Pulse PIM,DPPIM)利用一个固定的起始脉冲和一个变化的标示脉冲以及起始脉冲和标示脉冲之间的时间间隔来表示传递的信息[2]。

激光通信的原理激光通信是一种利用激光束进行信息传输的技术。

其原理是利用激光器产生的高能激光束，通过光纤或自由空间传输信息信号。

激光通信具有传输速率快、抗干扰能力强、安全性高等优点，因此在现代通信领域得到广泛应用。

激光通信的基本原理是利用激光器将电信号转换为光信号，并通过光纤或自由空间传输光信号，接收端再将光信号转换为电信号。

这个过程可以分为三个主要步骤：调制、传输和接收。

首先是调制过程。

调制是将要传输的信息信号转换为激光器能够发出的光信号。

常见的调制方式有幅度调制、频率调制和相位调制。

幅度调制是通过改变激光的光强来表示信息；频率调制是通过改变激光的频率来表示信息；相位调制是通过改变激光的相位来表示信息。

调制后的光信号经过光纤或自由空间传输到接收端。

接下来是传输过程。

在光纤传输中，激光束通过光纤的内壁反射，沿着光纤的轴向传播。

光纤的核心是由折射率较高的材料组成，可以使光信号在光纤中传输的距离较长。

传输过程中，光信号会受到损耗和色散的影响，因此需要适当的调节和控制，以确保信号的质量和传输距离。

最后是接收过程。

接收端通过光电探测器将传输过来的光信号转换为电信号。

光电探测器将光信号转换为电流信号，然后经过放大和滤波等处理，最终得到与原始信号相似的电信号。

接收到的电信号可以进一步处理和解码，以获得传输的信息。

激光通信的优点之一是传输速率快。

激光的高频率特性和窄束特性使其能够传输大量的信息，并且传输速率可以达到几百兆比特每秒甚至更高。

这使得激光通信在高速数据传输和宽带通信方面具有很大的优势。

激光通信还具有抗干扰能力强的特点。

激光通信主要在红外波段进行传输，而这个波段很少受到电磁干扰的影响。

相比之下，无线通信在传输过程中容易受到电磁波的干扰，导致信号质量下降。

因此，激光通信在一些特殊环境下，如高电磁干扰环境或军事应用中，具有更好的稳定性和可靠性。

激光通信还具有较高的安全性。

激光束的窄束特性使其很难被窃听和干扰。

激光技术在通信中的应用激光技术是一种利用激光器产生的激光束进行通信的方法，随着科技的不断进步，激光技术已经在通信领域得到了广泛的应用。

本文将从激光通信的原理和性能、激光通信的应用场景以及未来发展方向三个方面来论述激光技术在通信中的应用。

一、激光通信的原理和性能1.激光通信的原理激光通信是利用激光的高方向性、窄带宽以及高功率等特性进行信息传输的一种通信方式。

激光通过调制技术，将信息转化为激光脉冲信号，并通过激光器发射出去。

接收端使用激光接收器接收到激光信号，再通过解调技术将激光信号还原为原始信息。

2.激光通信的性能激光通信具有很多优势，首先是其传输速率远远高于传统的电磁波通信。

由于激光的高频率和高功率特性，使得激光通信在数据传输方面具有更高的带宽和更大的传输距离。

其次，激光通信对通信信道的要求较低，不受电磁波干扰的影响，适用于各种复杂的通信环境。

此外，激光通信还具有高安全性和低功耗的特点，能够提高系统的可靠性和节能性。

二、激光通信的应用场景1.空间通信激光通信在空间通信领域具有广阔的应用前景。

目前，激光通信已经被用于地球与卫星、卫星与卫星之间的通信，可以实现高速、高带宽的数据传输。

激光通信不受大气层的影响，能够在大气中长时间稳定传输，对于现有的无线通信模式来说，激光通信具有更好的通信质量和更大的通信距离。

2.军事通信激光通信技术在军事通信中具有重大意义。

相比传统无线通信方式，激光通信具有更高的信息传输速率和更低的延迟，适用于高速机动战争环境下的通信需求。

此外，激光通信可以实现抗干扰和隐蔽传输，提高通信系统的安全性。

3.移动通信激光通信技术也可以应用于移动通信领域。

激光通信具有高速、高带宽的特点，可以满足日益增长的移动通信需求。

将激光通信与移动通信网络结合，可以提高数据传输速率和网络容量，为用户提供更好的通信体验。

三、激光通信的未来发展方向未来，激光通信技术将持续发展，并应用于更多的领域。

首先，激光通信技术在卫星通信中的应用将更加广泛，使得卫星通信能够更快、更稳定地传输海量数据。

无线光通信中PPM和DPPM调制方式的研究作者：常新栋Chang Xindong（电子工程学院，光电子技术系，电子科学与技术，1101班）指导老师：谢东华Xie Donghua(电子工程学院，光电子技术系，讲师）摘要：随着信息化社会的到来，通信技术也得到了日新月异的发展。

在过去的几年中，人们对传输速率的要求越来越高，使用高速率数据传输的用户数量每年都在递增，光纤通信因为能传输高速率的数据，成为广域通信网的骨干网络，如今在广域通信网中80%以上的信息是通过光纤传输的。

但是从光纤骨干网到用户之间的"最后一英里"，如果铺设光缆，不仅花费大而且耗时；许多无线通信技术可以解决"最后一英里"的问题。

在无线光通信技术中，为了保证链路的可靠稳定，必须要有很好的链路功率预算。

无线光通信普遍采用强度调制/直接检测（IM/DD）系统，其主要调制方式有开关键控（OOK），脉冲位置调制（PPM），差分脉冲位置调制(DPPM)，数字脉冲间隔调制（DPIM）和双头脉冲间隔调制（DH-PIM）等。

本文主要分析开关键控（OOK），脉冲位置调制（PPM），差分脉冲位置调制(DPPM)等调制方式的符号结构，发射功率，带宽需求和误时隙率。

关键词：无线光通信；开关键控调制（OOK）；脉冲位置调制（PPM）；差分脉冲位置调制（DPPM）；符号结构；发射功率；带宽需求；误时隙率Research on wireless optical communication Pulse Position Modulation andDifferential pulse position modulationAbstract:With the advent of information society, communication technology has also been rapid development. In the past few years, people have become increasingly demanding high transmission rate, using high-speed data transfer rate of the number of users increase every year, optical fiber communication because it can transmit high-speed data, a wide-area communications network backbone network, Now in wide-area communications networks for more than 80% of the information is transmitted through optical fibers. But from the optical fiber backbone network to the users ‘last mile’. If the laying of fiber optic cable, not only costly and time consuming and many wireless communication technology can solve the ‘last mile’problem．In the wireless optical communication technology, in order to ensure the stable and reliablelink, must have the good link power budget. Wireless optical communication is widely used in intensity modulation / direct detection (IM/DD) system, the main modulation with on off keying (OOK), pulse position modulation (PPM),differential pulse position modulation (DPPM), digital pulse interval modulation (DPIM) and dual header pulse interval modulation (DH-PIM). This paper mainly analyzes the on-off keying (OOK), pulse position modulation (PPM), differential pulse position modulation (DPPM) modulation symbol structure, transmission power, bandwidth requirement and slot error rate.Keywords: Wireless optical communication; on-off keying modulation (OOK); pulse position modulation(PPM); differential pulse position modulation (DPPM); symbols; power; bandwidth; the slot error rate1.简介无线光通信作为一种新型的通信技术,同时具有光纤通信和移动通信的优势，可实现宽带传输，组网机动灵活，无需频率申请，并且抗电磁干扰，保密性好，因此近年来对无线光通信的研究受到了广泛的重视。

直接调制的方法
电流调制
通过改变注入激光器的电流大小来改变激光器的输出 功率和波长。
电压调制
通过改变激光器的电压大小来改变激光器的输出功率 和波长。
温度调制
通过改变激光器的温度来改变激光器的输出功率和波 长。
直接调制的优点与缺点
优点
直接调制具有简单、快速、易于实现等优点，适用于高速、高精度、低噪声的调制需求。
激光原理第四章激光 器调制
目 录
• 激光器调制原理 • 激光器的直接调制 • 激光器的外部调制 • 激光器的调制应用
01
激光器调制原理
调制方式的分类
01
02
03
直接调制
直接通过控制电流或电压 来改变激光器的输出光功 率。
外部调制
使用外部光器件（如电光 晶体、声光器件等）来改 变激光器的输出光特性。
缺点
需要额外的调制器，增加了系统的复 杂性和成本，同时调制过程中可能会 引入额外的噪声和损耗。
04
激光器的调制应是光纤通信中的关键技术，通过调制激光器的 光强和频率，实现高速、大容量、低损耗的通信传输。
无线光通信
无线光通信利用激光束作为载波，实现点对点或点对多点 之间的信息传输，具有高速、抗干扰、安全可靠等优点。
常见的外部调制器
电光调制器
利用电场作用改变晶体折射率，实现对激光的 幅度调制。
声光调制器
利用超声波在介质中的传播，改变介质的折射 率，实现对激光的幅度调制。
磁光调制器
利用磁场作用改变介质磁化强度，实现对激光的幅度调制。
外部调制的优点与缺点
优点
可以实现高速、大范围的调制，调制 信号失真小，易于实现多路调制。
腔内调制
在激光器腔内放置调制元 件，通过改变腔内光的特 性来实现调制。