光无线通信理论知识学习1

1. 链路结构

OWC物理链路结构

（1）直接LOS结构  （2）非直接LOS结构；（3）散射结构；（4）跟踪结构

1.1 直接LOS（Line of Sight）结构

视线（LoS）是一种传播类型，它仅在【发送站】和【接收站】 彼此相对且彼此之间没有任何障碍的情况下才可以发送和接收数据。调频广播，微波和卫星传输是视距通信的示例。

通常用于室外点对点通信，偶尔用于室内。发射端发射很窄的光束，这样就能以很低的发射功率在检测器上产生足够打的信号强度。

这种结构可以实现几米到5km范围内提供目前最高的数据速率。 

直接视距链路不会产生信号的多径失真，当接收端采用小接收现场（Field of View，FOV）时背景光噪声也可以去除。

限制信道速率的是信道损伤，而不是多径色散。

不足：

（1）室内应用，信号覆盖面积非常小，覆盖范围和灵活性移动是个问题。

（2）接收和发射模块需要对准，不支持移动用户。

服务于单一用户的视距OWC局域网，发射和接收模块通常放在天花板。对于较大的房间内服务多用户场合，要采用蜂窝拓扑，窄发射光束被宽光束光源替代。移动用户间通过每个蜂窝中心进行通信。蜂窝OWC拓扑的功率效率及移动性能都会降低。.

在室外应用时，必须精确对准，保障光束不被障碍物阻挡。 从本质上更适用于点对点通信，而不是一对多通信，降低了灵活性。

之前直接LOS一般都在家用电视和音响等遥控设备中使用，近年来，室外视距通信也逐渐兴起，包括；大学多校区网络接入、最后一公里、蜂窝通信、卫星通信等。

优点：

容易与WDM系统结合，实现超过100Gb/s的高速率传输、安全性好、终端设备尺寸小、重量轻、功耗低。

混合视距通信系统

发送或接收端一端采用大视场角，另一端采用小视场角。 典型的混合视距系统是将发射端放在天花板上，实现大面积照明。

为解决设计发射接收端之间的障碍物影响，将发射端对准一个反射面，并通过设计，只有一次反射信号被接收，减小多径色散。

由于发射和接收端高度定向准直是个问题，所以混合系统使用 宽光束发射端和窄视场接收端或窄光束发射端和宽现场接收端，这样可以降低发射和接收间的对准要求。

1.2 非直接LOS结构

室内应用采用宽光束发射、宽视场角接收，利用室内各个表面发射来获得更大的覆盖范围。类似于射频技术，最为灵活的结构。

适合点到多点，对阴影和遮挡具有鲁棒性，不需要准直和跟踪。 光电检测器会检测到来自不同方向的光束，所以会引起多径色散。

由于光电检测器尺寸远大于信号波长，室外红外信号的传输不会产生多径衰落，但会产生码间干扰，使得配图通大小房间里的传输速率只能达到几兆比特每秒。

如果有强背景光，性能会严重下降。

1.3 散射结构

也被认为是非直接LOS结构。

.发射端指向天花板发射红外发散光束。 不需要对准发射和接收模块以维持发射和接收端视距路径，不受遮挡影响，适用于构建室内局域网。

不足：

散射链路路径损耗非常高，水平间距离5m时衰减到50-70dB。如果临时出现的人或物阻挡了接收信号路径，那么损耗会更大。

宽视场接收的光电检测器收集多次反射的光信号，反射系数为0.4-0.9，使得光信号衰减严重。不同反射，不同传输距离，也会造成脉冲展宽，带来多径色散。在10m×10m×3m的房间里，最大速率为16Mb/s。 色散也会引入码间干扰比特率裂化。 因此需要更大的发射光功率。

1.4 跟踪结构

发射/接收基站安置在天花板上，移动站放在桌面高度。

对于视距链路，上行和下行链路发射光束都汇集在接收端，比散射链路需要的功率低。 

窄视场光束和小视场接收器组合可减少码间干扰和背景光干扰

直接视距链路与非直接视距链路相结合，可实现高功率效率和高比特率。

采用具有激光器和检测器阵列的一维跟踪系统，利用角度分级和图像接收器，在室内环境通过视距信道无线光通信系统可提供高的速率、灵活的移动性和大面积覆盖。

具有窄视场接收器的视距系统可更有效地提供高的信号增益和低的光噪声。

1.5 OWC技术面临的挑战