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編輯推薦

適讀人群 ：通信專業研究生，現場工程師，無綫係統設計師
本書是目前4G移動通信實施方嚮上的圖書，光載無綫通信是目前主流廠商都在采用或即將采用的架構方案。本書結閤光通信的高帶寬與無綫網絡的靈活性和移動性，全麵解讀瞭“光縴到無綫”的移動網絡通信係統。北京、上海、深圳、無锡、成都、重慶、西安是重點城市

內容簡介

本書對光載無綫（ROF）通信係統進行瞭詳細的研究，在光學和無綫通信領域間架設瞭一座橋梁。主要內容包括鏈路元件的基本特性、功率分配基本計算、ROF鏈路的噪聲情況分析、多載波ROF係統分析和Fi-Wi信道的數字信號處理技術等，並對無綫通信的曆史和未來係統的發展方嚮做瞭迴顧和展望。本書適閤通信專業的研究生、現場工程師以及無綫係統設計師、學生和研究者閱讀。

作者簡介

作者簡介

Xavier Fernando是加拿大瑞爾森大學教授，擔任瑞爾森通信實驗室主任。他就讀於卡裏加裏大學的非盈利性通信研究機構TRLabs，並於2001年獲得博士學位。作為光載無綫通信係統相關研究的先驅，他在就讀博士期間，第一個從事瞭適應性數字信號處理（DSP）技術在光縴-無綫（Fi-Wi）係統的應用方麵的研究，並因此獲得加拿大最佳論文奬和美國專利。他於2001年受聘瑞爾森大學，在任職早期，建立瞭瑞爾森通信實驗室。
Xavier在ROF非綫性的信號處理，微波光子學濾波器設計等Fi-wi係統研究領域前沿發錶多篇文獻。他在該領域的研究獲得多個重要基金支持。Xavier作為著者和參著者發錶100餘篇文獻，並擁有兩個專利。他也是《WEBOK（無綫工程知識體係指南）》的參著者。
Xavier曾是IEEE COMSOC教育委員會工作小組無綫通信領域的組員。他曾榮獲多項殊榮，包括2010年度IEEE微波理論和技術協會奬，2009年度Sarnoff研討會奬，2003年度加拿大光電最佳海報奬，和2001年度CCECE最佳論文奬。他受邀在世界上進行過多場演講和講座。他也是ABET認證的評估員和IEEE加拿大電子和計算機工程學會（CCSCE2014）的主席。他也曾在2010～2011年度擔任瑞爾森委員會成員以及2012～2013年度的IEEE多倫多分會主席職務。

目錄

目錄
譯者序
原書序
原書前言
緻謝
作者簡介
1 引言
1.1 動機
1.1.1 ROF係統
1.1.2 毫米波段ROF
1.1.3 服務特殊區域
1.1.4 對現有光縴的增值使用
1.1.5 微波光子學的優勢
1.1.6 動態係統升級
1.2 基礎Fi-Wi係統架構
1.2.1 兩種調製類型
1.3 主要課題
1.4 其他光縴-支綫方案
1.4.1 數字化ROF
1.4.2 光縴中頻通信
1.5 本書結構

2 Fi-Wi核心鏈路組件
2.1 RF-光調製
2.1.1 直接強度調製和激光器二極管
2.1.2 外強度調製
2.2 光縴信道
2.2.1 衰減
2.2.2 多模光縴ROF
2.2.3 單模光縴ROF
2.2.4 乾涉噪聲
2.3 光接收器
2.3.1 光探測器
2.3.2 量子效率與帶寬
2.4 基帶RF調製技術簡述
2.4.1 相移鍵控
2.4.2 幅移鍵控
2.4.3 正交幅度調製
2.5 無綫信道
2.5.1 室內傳播模型
2.5.2 室外傳播模型
2.5.3 路徑-損耗模型
2.5.4 多徑傳播和衰落

3 鏈路功率分配和積纍SNR
3.1 引論
3.2 係統描述
3.3 光學SNR
3.3.1 差分噪聲域對OSNR的影響
3.4 積纍SNR
3.4.1 同比無綫和光鏈路噪聲功率
3.5 RAP設計思想
3.5.1 光接收放大器增益
3.5.2 小區覆蓋麵積

4 相關強度噪聲的改良錶示
4.1 基礎
4.2 ROF鏈路中的基本噪聲處理
4.2.1 閃粒噪聲
4.2.2 相關強度噪聲
4.3 信號噪聲比
4.4 定量評估和討論
4.4.1 SCM ROF係統本底噪聲的提高
4.5 總結

5 子載波復用ROF下行鏈路
5.1 引論
5.1.1 背景
5.2 ROF下行鏈路信道
5.2.1 高階項
5.3 無綫下行鏈路信道
5.4 定量評估和討論

6 子載波復用ROF上行鏈路
6.1 無綫上行鏈路信道
6.2 ROF上行鏈路信道
6.2.1 非綫性失真
6.2.2 高階項
6.3 信號失真、交調，噪聲比
6.4 定量評估和討論
6.5 總結

7 外調製ROF鏈路
7.1 Mach-Zehnder調製器
7.1.1 MZI原理
7.2 電吸收調製
7.3 反射型半導體光放大器
7.4 MZI偏置電壓的優化
7.4.1 最大RF增益
7.4.2 最小噪聲特徵
7.4.3 最大無雜散動態範圍
7.4.4 優點的總特性
7.5 MZI的子載波復用

8 ROF鏈路非綫性的DSP模型
8.1 引論
8.1.1 綫性動態範圍的要求
8.1.2 相位非綫性
8.2 減小NLD的各種方法
8.2.1 動態增益控製器和衰減器
8.2.2 確定的光電子學方案
8.2.3 一些新技術
8.3 DSP方法
8.3.1 對光子頻率失真的基帶補償
8.4 針對非綫性係統的DSP基礎
8.4.1 Volterra級數模型
8.4.2 離散時域問題
8.5 通頻帶復非綫性係統的基帶錶示
8.6 Fi-Wi鏈路的非綫性模型

9 ROF鏈路非綫性的自適應補償
9.1 ROF鏈路的自適應模型
9.1.1 Volterra核優化
9.1.2 濾波階數和存儲
9.1.3 實例研究
9.2 非對稱補償
9.2.1 預補償與後驗補償
9.2.2 非對稱補償的共性
9.2.3 自適應DSP補償的實例研究
9.2.4 查詢錶與自適應濾波補償
9.3 總結

10 Fi-Wi信道的聯閤估計
10.1 Fi-Wi鏈路的Wiener和Hammerstein係統模型
10.2 Fi-Wi信道估計
10.2.1 輸入/輸齣相關法
10.2.2 綫性部分估計
10.2.3 非綫性部分估計
10.3 實例研究
10.3.1 綫性係統識彆
10.3.2 非綫性係統識彆
10.4 總結

11 Fi-wi信道的聯閤均衡
11.1 無綫信道的均衡
11.1.1 非綫性增強型判決反饋均衡器
11.1.2 Hammerstein型DFE（HDFE）
11.1.3 振幅和時域處理
11.2 多項式濾波器參數優化
11.2.1 直接生成逆多項式
11.3 綫性濾波器參數優化
11.3.1 模型描述
11.3.2 參數優化
11.4 總結

12 Hammerstein型DFE的性能評估
12.1 多項式濾波器評估
12.1.1 時間色散的非綫性變換
12.1.2 逆多項式變換
12.1.3 多項式濾波器誤差的期待
12.2 綫性濾波器評估
12.2.1 無限長結果
12.2.2 有限長結果
12.3 實例研究
12.3.1 多項式濾波器的均方誤差
12.3.2 綫性濾波器的均方誤差
12.3.3 HDFE的BER性能
12.4 總結

13 多用戶CDMA Fi-Wi係統
13.1 多用戶Fi-Wi上行鏈路模型
13.2 相關關係
13.2.1 一般的輸入-輸齣相關性
13.2.2 多用戶情況的輸入核相關性
13.3 ROF信道估計
13.4 實例研究
13.4.1 仿真參數
13.4.2 無綫信道識彆
13.4.3 光縴鏈路識彆
13.5 Fi-Wi上行鏈路均衡
13.5.1 無綫信道均衡
13.5.2 利用級數反演進行綫性化
13.6 均衡：仿真結果和討論
13.7 總結

14 4G、5G，以及無綫OFDM網絡的Fi-Wi
14.1 蜂窩通信係統簡史
14.1.1 世界範圍互通性微波接入
14.1.2 長期演進
14.2 無綫接入方案
14.2.1 正交頻分復用接入
14.3 減小峰值-平均功率比的技術
14.4 OFDM ROF係統進化
14.4.1 自適應調製技術
14.4.2 實例研究
14.5 OFDMA和CDMA的融閤
14.6 總結
參考文獻
縮略語錶

前言/序言

原書前言首先，感謝您購買此書。這一個明智的決定。您不會失望。如本書的名字所言，這本書首先為第一次接觸這個領域的讀者做一個基礎介紹。隨後本書會對前言專題進行深入講解。本書主要針對對光子學知識不太瞭解的通信係統工程師所寫。本書也包括一些站在工程師視角的設計理念，同時也包括Fi-Wi網絡各前沿的正在進行和最新的發展。這些內容對研究者和研究生們有所幫助。
本書總結瞭多年來我在這一領域的工作。我在讀研究生的時候，第一次被無綫通信中使用光子學的技術所傾倒。我曾經夢想構建兼具兩者優勢的係統。我最初的想法是直接利用光縴中射齣的光（我的碩士論文就是無綫光通信相關的）。不過，我很快意識到光在空氣中傳播的瓶頸並轉為研究光載RF通信——一個有更多實踐方法但始終存在眾多障礙的領域。
現在，在這個領域多年發展之後，已經有足夠多的內容滿足本書的架構。本書有一個獨到之處，在於其內容雖然和光載無綫電以及光載無綫係統有關，但它並不在微波光子學領域過多著墨。本書麵嚮一般的通信係統專傢，他們對光子學並沒有很深的知識。同時，光子學專業人士也可從這本書中係統級通信相關內容的理解中有所收獲。
本書涉及的內容讓我們首先用最短的語言概括本書涉及的內容。本書將對光載無綫（ROF）通信係統做詳細的研究。光載無綫通信也稱為光縴無綫電（Fi-Wi）係統。這是一個熱門技術，它直接結閤瞭光通信的高帶寬與無綫網絡靈活性和可移動性的優點提供寬帶互聯。
Fi-Wi受到如此高度的關注有眾多原因：
-Fi-Wi技術可以快速、低成本的開發齣微/極微蜂窩無綫網絡架構。這種架構可以在不使用額外頻帶的前提下，提高無綫網絡容量，從而可以解決日益緊張的頻帶不足問題。
-Fi-Wi係統縮短無綫信道，從而支持真正的寬帶互聯。這一特性對實現空中接口比特率高達10G/s的5G和更先進的無綫網絡特彆具有吸引力。
-基於ROF的Fi-Wi架構實現集中式處理和自適應比資源管理。這一特性對動態環境特彆有利。
-ROF是一種毫米波無綫傳輸的強有力備選方案。空中接口的損耗在毫米波段變得異常嚴重。除瞭光縴之外，沒有任何綫纜可以在滿足極低損耗和失真要求下，搭載毫米波信號傳輸給用戶。
-Fi-Wi網絡可以在寬帶寬下同時支持多個RF子載波。這是一個額外的優勢。
-當今微波光子技術的成熟已讓ROF鏈路元件的價格變得更低，而性能得到更多提升。Fi-Wi係統因而獲得更大的實用價值和吸引力。
-當今大城市以及高速路和鐵路上，有大量使用中和閑置的光縴。利用這些光縴構建Fi-Wi係統將節省更多開發費用。
不過，在大規模開發Fi-Wi網絡之前，這項技術依然存在很多問題有待解決。功率分配能力的限製，大部分光發射器的低動態範圍，以及光縴本身限製無綫小區大小。而子載波復用的ROF係統需要高動態範圍以耐受RF信號強度的變化。因光縴和無綫信道在Fi-Wi中以串聯形式存在，噪聲和損耗會逐級積纍。不僅如此，ROF鏈路的非綫性失真與無綫信道的多徑散射將會疊加。因此，信道估計和均衡將會是一個繁重的任務。級聯信道需要先進的信號處理算法以進行估計和補償。對多用戶環境來說，這一任務將變得更具挑戰性。先進的信號處理算法是剋服這些限製的關鍵。
關於本書 本書可以劃在Fi-Wi係統引論類圖書中，主要麵對研究生和現場工程師。由於內容的性質，讀者如過對光縴光學和無綫通信有基本瞭解，將會更容易理解本書。在本書中，我們不打算講解這些內容。不過，有關Wi-Fi係統和信號處理技術的基礎將會在本書中清楚的闡述。
本書涵蓋瞭兩個學科的內容，並在光學和無綫通信領域架設一座橋梁。實際上，與ROF這一領域飛速發展的現狀相對的是相關文獻的稀少。這與所需知識跨越兩個領域有關。在日益進步的通信行業中，要求工程師擁有光學和無綫通信方麵的知識，並可以設計組閤或混閤係統，這些知識和能力可以從本書中有所收獲。
擁有光學和無綫通信專業知識的認識可以理解本書的構想。一般來說，一些Fi-Wi課題對從事RF領域工作的無綫通信專業人士來說更易理解。其他一些Fi-Wi課題對從事光學領域工作的光子學的工程師來說更易理解。另一些課題對從事基帶無綫通信係統建模和開發相應算法的信號處理專業人士來說更易理解。本書的內容希望對這三方麵的專業人士都有所饒益。
前麵的一些章節力求讓無綫係統設計師、學生，和研究者可以快速但紮實準確地理解ROF係統，以及它的優勢和局限。我們將會描述鏈路元件的基本特性。我們也會進行功率分配基本計算，分析ROF鏈路的噪聲情況，以及得到考慮光電兩方麵新造比的最優錶達式。隨後，我們會展示因非綫性噪聲介質和時變散射介質造成的多載波ROF係統分析的復雜性。
在本書接下來的部分，將會講解針對Fi-Wi信道的數字信號處理技術。它可以保證Fi-Wi信道的高質量通信。這一部分章節中將會針對多徑失真和噪聲，進行信道估計和均衡算法方麵的研究。針對這一內容，我們將會講解多用戶CDMA環境以及OFDM環境。
最後一章將對無綫通信的曆史和未來係統的發展方嚮做一個迴顧和展望。讀者可以認識到光縴到饋必將會在未來無綫通信網絡中發揮重要作用。新興的數字化ROF技術，將剋服模擬ROF係統非綫性和纍積噪聲的問題，吸引更多關注。相乾光縴RF鏈路係統也隨著微波光子學和激光技術的進步逐步實現，從而為ROF鏈路性能帶來更多提升。
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