基于MATLAB的无线光通信系统与信道建模

基于MATLAB的移动通信信道建模与仿真

1、引言

MATLAB 仿真软件能很好的对数字通信系统进行模拟仿真，用户可以根据自己研究的 需要，通过使用不同的算法编写程序来构建能够满足一定仿真要求无线通信信道。本文首先 主要介绍了移动无线信道的特点及其分类，在此基础上给出了小尺度衰落信道的Clarke 模 型中的主要信道类型和重要概念。在文章的仿真部分提出了非相关Rican 信道的MATLAB 仿真，和一个基于移动无线衰落信道的MATLAB 仿真，它描述了在构建移动通信信道时 Rayleigh 衰落信道的仿真模型。

2、移动无线衰落信道分类

当移动台在一个较小的范围（小于20个工作波长）运动时，引起接收信号的幅度、相位和到达角等的快速变化，这种变化称为小尺度衰落。典型的小尺度衰落有Rayleigh、Rician衰落，因为当信号在传播过程中经过许多反射路径后，接收到的信号幅度可以用Rayleigh或Rician概率密度函数来描述。在接受信号有直达信号LOS(Line of sight)的情况下，幅度的衰落呈现Rician分布，而当在接收端没有直达信号的情况下，幅度的衰落呈现Rayleigh分布。采用小尺度衰落模型的信道，衰落幅度是服从Rician或

《光通信系统与技术》

一、简答题（共10题，任选做5题，每题10分）

1、 光通信分几类？每种类型是怎样定义的？

2、 画出光纤通信系统的总体结构框图并写出其发展历程。 3、 光纤单模传输条件是什么？在光纤通信系统中，常见下列符号，请指出其名称，G652，

G653，G654，G655。

4、 光与物质间的作用有哪三种基本过程？它们各自的特点是什么？分别对应什么光

源？

5、 构成激光器必须具备哪些功能部件？激光器激射的条件是什么？ 6、 分析PIN或APD的工作原理，并画出接收机的组成框图。 7、 光放大器包括哪些种类？简述它们的原理和特点。

8、 光纤通信系统中为什么要进行色散管理？具体方案有哪些（对其中一种进行详细说

明）？

9、 用图解简单说明WDM和OTDM的原理，写出WDM和OTDM的英文全称。 10、 什么是光孤子？如何实现光纤孤子通信？ 二、计算题与设计题（共11题，任选做5题，每题10分）

1、 一阶跃光纤，纤芯半径a=25μm，折射率n1=1.5，相对折射率差Δ=1%，长度L=1Km。

求：（1）光纤的数值孔径NA；（2）子午光纤的最大时延差；（3）若将光纤的包层和涂覆层去掉，求裸光纤的NA和最大时延差。

2、 一段12Km长的光

《光通信系统与技术》

一、简答题（共10题，任选做5题，每题10分）

1、 光通信分几类？每种类型是怎样定义的？

2、 画出光纤通信系统的总体结构框图并写出其发展历程。 3、 光纤单模传输条件是什么？在光纤通信系统中，常见下列符号，请指出其名称，G652，

G653，G654，G655。

4、 光与物质间的作用有哪三种基本过程？它们各自的特点是什么？分别对应什么光

源？

5、 构成激光器必须具备哪些功能部件？激光器激射的条件是什么？ 6、 分析PIN或APD的工作原理，并画出接收机的组成框图。 7、 光放大器包括哪些种类？简述它们的原理和特点。

8、 光纤通信系统中为什么要进行色散管理？具体方案有哪些（对其中一种进行详细说

明）？

9、 用图解简单说明WDM和OTDM的原理，写出WDM和OTDM的英文全称。 10、 什么是光孤子？如何实现光纤孤子通信？ 二、计算题与设计题（共11题，任选做5题，每题10分）

1、 一阶跃光纤，纤芯半径a=25μm，折射率n1=1.5，相对折射率差Δ=1%，长度L=1Km。

求：（1）光纤的数值孔径NA；（2）子午光纤的最大时延差；（3）若将光纤的包层和涂覆层去掉，求裸光纤的NA和最大时延差。

2、 一段12Km长的光

无线光通信——现代通信技术的新宠儿

无线光通信技术高速率数据传输系统构成光通信分为有线光通信和无线光通信两种。其中，有线光通信即光纤通信，在过去的几年中，由于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，已成为广域网、城域网的骨干网络之一，如今在广域通信网中更有80%以上的信息是通过光纤传输的。无线光通信又称自由空间光通信(FSO，Free Space Optical communication)。其作为一种光通信技术，具有三十多年的研究历史。最初，由于光学器件制造成本较高，无线光通信的研究仅限于星际通信和国防通信领域。近年来，由于光通信器件制造技术的飞速发展，导致无线光通信设备的制造成本大幅下降，尤其是其解决了从光纤骨干网到用户之间的\最后一英里\的问题，人们才又逐渐开始了无线光通信的民用研究。

一、 无线光通信技术的现状： 1、国外研究现状

在FSO领域，国外已经开始了将近10年的研究，但是FSO产品真正投入使用也就是最近几年的事情。在FSO这个领域里，国外几个大的FSO厂家，包括LightPointe、AirFiber、Canon、Terabeam。

LightPointe将自由

重庆理工大学 文献综述

大气激光通信系统的研究

摘要：激光信息在大气中传输是目前大气光学领域最为活跃的研究热点之一。

由于激光本身所具有的高强度、高相干性、高单色性和高方向性等特性，从而有容量大、波束窄、速度快、保密性好和抗干扰性强等优点，因此激光成为无线光通信中最理想的载体。

本文概述了大气激光通信的基本原理及发展状况，介绍了其特点和用途。并以一种新型的具有以太网接口，能实现计算机间通信的大气激光通信系统（既可传输语音又可传输数据）为例，结合实验研究对发射端机和接收端机两大部分进行了阐述。

并针对大气无线激光通信系统，本文深入地研究了大气湍流信道中随机光 强信号的检测方法，对激光束在大气湍流信道中的传输进行了仿真和建模，并 对实际的大气湍流信道进行了测量。

关键词：大气激光通信 光发射端机 光接收端机 损耗特性 激光器 一．激光通信的概述

1960年激光的出现极大地促进了许多学科的发展，其中也包括通信领域激光以其良好的方向性、相干性及高亮度性等特点成为光通信的理想光源。将激光应用于通信，掀开了现

重庆理工大学 文献综述

大气激光通信系统的研究

摘要：激光信息在大气中传输是目前大气光学领域最为活跃的研究热点之一。

由于激光本身所具有的高强度、高相干性、高单色性和高方向性等特性，从而有容量大、波束窄、速度快、保密性好和抗干扰性强等优点，因此激光成为无线光通信中最理想的载体。

本文概述了大气激光通信的基本原理及发展状况，介绍了其特点和用途。并以一种新型的具有以太网接口，能实现计算机间通信的大气激光通信系统（既可传输语音又可传输数据）为例，结合实验研究对发射端机和接收端机两大部分进行了阐述。

并针对大气无线激光通信系统，本文深入地研究了大气湍流信道中随机光 强信号的检测方法，对激光束在大气湍流信道中的传输进行了仿真和建模，并 对实际的大气湍流信道进行了测量。

关键词：大气激光通信 光发射端机 光接收端机 损耗特性 激光器 一．激光通信的概述

1960年激光的出现极大地促进了许多学科的发展，其中也包括通信领域激光以其良好的方向性、相干性及高亮度性等特点成为光通信的理想光源。将激光应用于通信，掀开了现

广西工学院2009— 2010 学年第 1 学期课程考核试题

考核课程 光通信原理 （A卷）考核班级 通信071，072 学生数 85人 印数 90 考核方式 闭卷 考核时间 120 分钟

一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，共20分)

1.通常，根据传播方向上有无电场分量或磁场分量，可将光(电磁波)的传播形态分成（ ） A.TEM波，TE波，EH波 C.TEM波，TE波，TM波

B.TEM波，TE波，HE波 D.TE波，TM波，EH波

2.在阶跃型(弱导波)光纤中，导波的基模为（ ） A.LP00 C.LP11

B.LP01 D.LP10

3.光信号在光纤中沿轴向传播一段距离所需的时间称为（ ） A.时延 C.脉冲延迟

B.时延差 D.脉冲展宽

4.处于高能级E2上的电子，当受到外来光子的激发而跃迁到低能级E1上，同时放出一个能量为hf=E2-E1的光子，这个跃迁过程称为（ ） A.自发辐射 C.受激辐射

B.受激吸收 D.光电效应

5.掺铒光纤放大器的工作波长所处范围是（ ） A.0.85 μm～0.87 μm C.1.45 μm～1.55 μm

B.1.31 μm～1.35

广西工学院2009— 2010 学年第 1 学期课程考核试题

考核课程 光通信原理 （A卷）考核班级 通信071，072 学生数 85人 印数 90 考核方式 闭卷 考核时间 120 分钟

一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，共20分)

1.通常，根据传播方向上有无电场分量或磁场分量，可将光(电磁波)的传播形态分成（ ） A.TEM波，TE波，EH波 C.TEM波，TE波，TM波

B.TEM波，TE波，HE波 D.TE波，TM波，EH波

2.在阶跃型(弱导波)光纤中，导波的基模为（ ） A.LP00 C.LP11

B.LP01 D.LP10

3.光信号在光纤中沿轴向传播一段距离所需的时间称为（ ） A.时延 C.脉冲延迟

B.时延差 D.脉冲展宽

4.处于高能级E2上的电子，当受到外来光子的激发而跃迁到低能级E1上，同时放出一个能量为hf=E2-E1的光子，这个跃迁过程称为（ ） A.自发辐射 C.受激辐射

B.受激吸收 D.光电效应

5.掺铒光纤放大器的工作波长所处范围是（ ） A.0.85 μm～0.87 μm C.1.45 μm～1.55 μm

B.1.31 μm～1.35

1，国外

（1） 星地：

LUCE（前身是第一个星地激光通信终端LCE,1995,速度1.04Mbps ）:2006年日本，OICETS卫星与NICT地面站,波长发射847接收819，调制方式OOK，速率接收2.048Mbps发射50Mbps，误码率10^-7.

SLS：2012；俄罗斯航天部门；国际空间站和北高加索地面站； 125Mbps；

LLCD：2013；美国NASA；月球环境探测器和地面站；距离35000~400000km；地面站：功率40W，波长1550nm，速率10/20Mbps，调制方式4-PPM，1/2码率（turbo码信道编码），4路时分复用，可做到0误码；月球探测器：功率0.5W，波长1550nm，速率40-622Mbps，调制方式16-ppm，1/2码率，40/80/155/311Mbps可做到0误码，622Mbps误码率小于10^-5。可做到cm级别测距精度。

OPALS：2014；美国NASA；国际空间站与怀特伍地面站；距离700km，调制方式OOK，速率30~ 50Mbps，空间站波长1550nm、功率2.5W，地面站波长976nm，功率5W;

（2）星空：

LOLA：2006 ；法国；Artemis卫星与

光通信机务员理论考试试题（高级）

一． 填空题

1．光接收机的 灵敏度 和 动态范围 指标是光纤通信系统光接收的主要指标。

2．实际中常用的自愈环有：二纤单向通道倒换环、二纤单向复用段倒换环、四纤双向复用段倒换环、二纤双向复用段倒换环。

3．G.652是 常规单模 光纤，G.655是 非零色散位移 光纤，G.653是 零色散位移光纤。 SDH维护手册P160 4．帧同步的恢复时间是 2 毫秒。

5．EDFA的增益控制技术，典型的有 控制泵浦光源增益 方法，还有 饱和波长 方法。 6．通信网的三个基本要素是：终端 、传输系统 和 交换系统 。 7、PCM30/32制式，采用集中插入方式，选用7位帧同步码。

8、常规单模光纤（G.652）是现在广泛应用的光纤，它在1310nm处理论色散值为零。 9、噪声的产生限制了光接收机的灵敏度。

10、ITU-TG.692建议，DWDM系统的绝对参考频率为193.1THZ。 11、ITU-T建议DWDM系统中光监控通道的工作波长优选1510nm。 12、在SDH中自动保护倒换APS通路字节为K1和K2（b1-b5）。

13、PCM30/32路帧结构中，偶帧TS0为