ROF光载无线通信：从理论到前沿

内容概要

Xavier Fernando，加拿大瑞尔森大学教授、瑞尔森通信实验室主任，曾就读于卡里加里大学的非盈利性通信研究机构TRLabs，并于2001年获得博士学位，作为光载无线通信系统相关研究的先驱，在就读博士期间，率先从事了适应性数字信号处理技术在光纤-无线（Fi-Wi）系统的应用方面的研究，并因此获得了加拿大最佳论文奖和美国专利。

Xavier Fernando在ROF非线性信号处理、微波光子学滤波器设计等Fi-Wi系统研究领域前沿发表过多篇文献，在该领域的研究获得了多个重要基金支持，作为著者和参著者发表100余篇文献，并拥有两个专利。他也是《WEBOK（无线工程知识体系指南）》的参著者。

Xavier Fernando曾是IEEE COMSOC教育委员会工作小组无线通信领域的组员，曾荣获多项殊荣，包括2010年度IEEE微波理论和技术协会奖、2009年度Sarnoff研讨会奖、2003年度加拿大光电最佳海报奖和2001年度CCECE最佳论文奖。他受邀在世界上进行过多场演讲和讲座，也是ABET认证的评估员和IEEE加拿大电子和计算机工程学会（CCSCE2014）的主席，并曾在2010～2011年度担任瑞尔森委员会成员以及2012～2013年度的IEEE多伦多分会主席职务。

书籍目录

作者简介

原书序

原书前言

原书致谢

1引言1

1.1背景介绍1

1.1.1ROF系统2

1.1.2毫米波段ROF4

1.1.3配置于特殊区域5

1.1.4对现有光纤的增值利用6

1.1.5微波光子学的进步6

1.1.6动态系统升级7

1.2基本Fi-Wi系统架构8

1.2.1两种调制类型9

1.3主要课题10

1.4其他光纤到馈方案11

1.4.1数字化ROF11

1.4.2光纤中频通信12

1.5本书结构12

2Fi-Wi核心链路元件14

2.1RF—光调制14

2.1.1直接强度调制和激光器二极管14

2.1.2外强度调制21

2.2光纤信道23

2.2.1衰减23

2.2.2多模光纤ROF25

2.2.3单模光纤ROF26

2.2.4干涉噪声28

2.3光接收器29

2.3.1光探测器30

2.3.2量子效率与带宽32

2.4基带—RF调制技术简述33

2.4.1相移键控33

2.4.2幅移键控34

2.4.3正交幅度调制34

2.5无线信道35

2.5.1室内传播35

2.5.2室外传播35

2.5.3路径损耗模型35

2.5.4多径传播和衰落37

3功率链路分配与累积性SNR40

3.1引言40

3.2系统描述40

3.3光学SNR42

3.3.1各种噪声对OSNR的影响45

3.4累积性SNR46

3.4.1无线和光链路噪声功率相近47

3.5RAP设计思想48

3.5.1光接收器放大增益49

3.5.2小区覆盖面积51

3.6总结51

4对相关性强度噪声表达式的改进53

4.1基础53

4.2ROF链路中的基本噪声处理54

4.2.1散粒噪声55

4.2.2相关性强度噪声56

4.3信噪比58

4.4数值评估和讨论59

4.4.1SCM ROF系统的噪声等级增加59

4.5总结61

5子载波复用ROF下行链路62

5.1引言62

5.1.1背景介绍63

5.2ROF下行链路信道63

5.2.1高阶项65

5.3无线下行链路信道73

5.4定量评估与讨论74

6子载波复用ROF上行链路78

6.1无线上行链路信道79

6.2ROF上行链路信道80

6.2.1非线性失真81

6.2.2高阶项82

6.3信号失真、串扰和噪声比89

6.4定量评估和讨论91

6.5总结97

7外调制ROF链路98

7.1Mach-Zehnder调制器98

7.1.1MZI原理100

7.2电吸收调制101

7.3反射型半导体光放大器103

7.4MZI偏置电压的优化104

7.4.1RF增益最大化105

7.4.2噪声因数最小化107

7.4.3无杂散动态范围最大化108

7.4.4合并品质因数110

7.5MZI子载波复用111

8ROF链路非线性的DSP建模115

8.1引论115

8.1.1线性动态范围的要求115

8.1.2相位非线性116

8.2减小NLD的若干种尝试116

8.2.1动态增益控制器和衰减器116

8.2.2静态的光—电方案116

8.2.3一些最新技术117

8.3DSP方法118

8.3.1对光波段失真的基带补偿118

8.4非线性系统的DSP基础119

8.4.1Volterra级数模型120

8.4.2离散时域问题121

8.5通频带复非线性系统的基带表示121

8.6Fi-Wi链路的非线性建模122

9ROF链路非线性的自适应补偿123

9.1ROF链路的自适应模型123

9.1.1Volterra核优化123

9.1.2滤波器阶数和记忆124

9.1.3实例研究127

9.2非对称补偿129

9.2.1预补偿与后验补偿130

9.2.2非对称补偿的共性132

9.2.3自适应DSP补偿的实例研究134

9.2.4查询表与自适应滤波补偿137

9.3总结137

10Fi-Wi信道的联合估计139

10.1Fi-Wi链路的Wiener和Hammerstein系统模型139

10.2Fi-Wi信道估计140

10.2.1输入/输出相关法141

10.2.2线性部分估计142

10.2.3非线性部分估计145

10.3实例研究146

10.3.1线性系统识别147

10.3.2非线性系统识别148

10.4总结149

11Fi-Wi信道的联合均衡150

11.1无线信道的均衡150

11.1.1非线性增强型判决反馈均衡器151

11.1.2Hammerstein型DFE151

11.1.3振幅和时域处理152

11.2多项式滤波器参数优化153

11.2.1直接生成逆多项式153

11.3线性滤波器参数优化155

11.3.1模型描述155

11.3.2参数优化158

11.4总结159

12Hammerstein型DFE的性能评估160

12.1多项式滤波器评估160

12.1.1时间色散的非线性变换160

12.1.2逆多项式变换162

12.1.3多项式滤波器误差的期望163

12.2线性滤波器评估165

12.2.1无限长结果165

12.2.2有限长结果166

12.3实例研究166

12.3.1多项式滤波器的方均误差166

12.3.2线性滤波器的方均误差172

12.3.3HDFE的BER性能172

12.4总结173

13多用户CDMA Fi-Wi系统174

13.1多用户Fi-Wi上行链路模型174

13.2相关性关系176

13.2.1广义输入-输出相关性176

13.2.2多用户下的输入-核相关性178

13.3ROF信道估计180

13.4实例研究181

13.4.1仿真参数181

13.4.2无线信道识别182

13.4.3光纤链路识别183

13.5Fi-Wi上行链路均衡184

13.5.1无线信道均衡184

13.5.2序列回归线性化184

13.6均衡：仿真结果和讨论185

13.7总结187

144G、5G以及无线OFDM网络的Fi-Wi188

14.1蜂窝通信系统简史189

14.1.1全球范围互通性微波接入189

14.1.2长期演进190

14.2无线接入方案191

14.2.1正交频分复用接入191

14.3减小峰值-平均功率比的技术194

14.4OFDM ROF系统进化195

14.4.1自适应调制技术196

14.4.2实例研究198

14.5OFDMA和CDMA的融合198

14.6总结199

参考文献200

附录：缩略语表207

作者简介

本书对光载无线通信系统进行了详细的研究，在光学和无线通信领域间架设了一座桥梁。主要内容包括链路元件的基本特性、功率分配基本计算、ROF链路的噪声情况分析、多载波ROF系统分析和Fi-Wi信道的数字信号处理技术等，并对无线通信的历史和未来系统的发展方向做了回顾和展望。本书适合通信专业的研究生、现场工程师以及无线系统设计师、学生和研究者阅读。

 ROF光载无线通信：从理论到前沿下载