本书对光载无线（ROF）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。

作者简介

作者简介

Xavier Fernando是加拿大瑞尔森大学教授，担任瑞尔森通信实验室主任。他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，他在就读博士期间，第一个从事了适应性数字信号处理（DSP）技术在光纤-无线（Fi-Wi）系统的应用方面的研究，并因此获得加拿大最佳论文奖和美国专利。他于2001年受聘瑞尔森大学，在任职早期，建立了瑞尔森通信实验室。
Xavier在ROF非线性的信号处理，微波光子学滤波器设计等Fi-wi系统研究领域前沿发表多篇文献。他在该领域的研究获得多个重要基金支持。Xavier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曾是IEEE COMSOC教育委员会工作小组无线通信领域的组员。他曾荣获多项殊荣，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。他也是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。他也曾在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。

目录
译者序
原书序
原书前言
致谢
作者简介
1 引言
1.1 动机
1.1.1 ROF系统
1.1.2 毫米波段ROF
1.1.3 服务特殊区域
1.1.4 对现有光纤的增值使用
1.1.5 微波光子学的优势
1.1.6 动态系统升级
1.2 基础Fi-Wi系统架构
1.2.1 两种调制类型
1.3 主要课题
1.4 其他光纤-支线方案
1.4.1 数字化ROF
1.4.2 光纤中频通信
1.5 本书结构

2 Fi-Wi核心链路组件
2.1 RF-光调制
2.1.1 直接强度调制和激光器二极管
2.1.2 外强度调制
2.2 光纤信道
2.2.1 衰减
2.2.2 多模光纤ROF
2.2.3 单模光纤ROF
2.2.4 干涉噪声
2.3 光接收器
2.3.1 光探测器
2.3.2 量子效率与带宽
2.4 基带RF调制技术简述
2.4.1 相移键控
2.4.2 幅移键控
2.4.3 正交幅度调制
2.5 无线信道
2.5.1 室内传播模型
2.5.2 室外传播模型
2.5.3 路径-损耗模型
2.5.4 多径传播和衰落

3 链路功率分配和积累SNR
3.1 引论
3.2 系统描述
3.3 光学SNR
3.3.1 差分噪声域对OSNR的影响
3.4 积累SNR
3.4.1 同比无线和光链路噪声功率
3.5 RAP设计思想
3.5.1 光接收放大器增益
3.5.2 小区覆盖面积

4 相关强度噪声的改良表示
4.1 基础
4.2 ROF链路中的基本噪声处理
4.2.1 闪粒噪声
4.2.2 相关强度噪声
4.3 信号噪声比
4.4 定量评估和讨论
4.4.1 SCM ROF系统本底噪声的提高
4.5 总结

5 子载波复用ROF下行链路
5.1 引论
5.1.1 背景
5.2 ROF下行链路信道
5.2.1 高阶项
5.3 无线下行链路信道
5.4 定量评估和讨论

6 子载波复用ROF上行链路
6.1 无线上行链路信道
6.2 ROF上行链路信道
6.2.1 非线性失真
6.2.2 高阶项
6.3 信号失真、交调，噪声比
6.4 定量评估和讨论
6.5 总结

7 外调制ROF链路
7.1 Mach-Zehnder调制器
7.1.1 MZI原理
7.2 电吸收调制
7.3 反射型半导体光放大器
7.4 MZI偏置电压的优化
7.4.1 最大RF增益
7.4.2 最小噪声特征
7.4.3 最大无杂散动态范围
7.4.4 优点的总特性
7.5 MZI的子载波复用

8 ROF链路非线性的DSP模型
8.1 引论
8.1.1 线性动态范围的要求
8.1.2 相位非线性
8.2 减小NLD的各种方法
8.2.1 动态增益控制器和衰减器
8.2.2 确定的光电子学方案
8.2.3 一些新技术
8.3 DSP方法
8.3.1 对光子频率失真的基带补偿
8.4 针对非线性系统的DSP基础
8.4.1 Volterra级数模型
8.4.2 离散时域问题
8.5 通频带复非线性系统的基带表示
8.6 Fi-Wi链路的非线性模型

9 ROF链路非线性的自适应补偿
9.1 ROF链路的自适应模型
9.1.1 Volterra核优化
9.1.2 滤波阶数和存储
9.1.3 实例研究
9.2 非对称补偿
9.2.1 预补偿与后验补偿
9.2.2 非对称补偿的共性
9.2.3 自适应DSP补偿的实例研究
9.2.4 查询表与自适应滤波补偿
9.3 总结

10 Fi-Wi信道的联合估计
10.1 Fi-Wi链路的Wiener和Hammerstein系统模型
10.2 Fi-Wi信道估计
10.2.1 输入/输出相关法
10.2.2 线性部分估计
10.2.3 非线性部分估计
10.3 实例研究
10.3.1 线性系统识别
10.3.2 非线性系统识别
10.4 总结

11 Fi-wi信道的联合均衡
11.1 无线信道的均衡
11.1.1 非线性增强型判决反馈均衡器
11.1.2 Hammerstein型DFE（HDFE）
11.1.3 振幅和时域处理
11.2 多项式滤波器参数优化
11.2.1 直接生成逆多项式
11.3 线性滤波器参数优化
11.3.1 模型描述
11.3.2 参数优化
11.4 总结

12 Hammerstein型DFE的性能评估
12.1 多项式滤波器评估
12.1.1 时间色散的非线性变换
12.1.2 逆多项式变换
12.1.3 多项式滤波器误差的期待
12.2 线性滤波器评估
12.2.1 无限长结果
12.2.2 有限长结果
12.3 实例研究
12.3.1 多项式滤波器的均方误差
12.3.2 线性滤波器的均方误差
12.3.3 HDFE的BER性能
12.4 总结

13 多用户CDMA Fi-Wi系统
13.1 多用户Fi-Wi上行链路模型
13.2 相关关系
13.2.1 一般的输入-输出相关性
13.2.2 多用户情况的输入核相关性
13.3 ROF信道估计
13.4 实例研究
13.4.1 仿真参数
13.4.2 无线信道识别
13.4.3 光纤链路识别
13.5 Fi-Wi上行链路均衡
13.5.1 无线信道均衡
13.5.2 利用级数反演进行线性化
13.6 均衡：仿真结果和讨论
13.7 总结

14 4G、5G，以及无线OFDM网络的Fi-Wi
14.1 蜂窝通信系统简史
14.1.1 世界范围互通性微波接入
14.1.2 长期演进
14.2 无线接入方案
14.2.1 正交频分复用接入
14.3 减小峰值-平均功率比的技术
14.4 OFDM ROF系统进化
14.4.1 自适应调制技术
14.4.2 实例研究
14.5 OFDMA和CDMA的融合
14.6 总结
参考文献
缩略语表

前言/序言

原书前言首先，感谢您购买此书。这一个明智的决定。您不会失望。如本书的名字所言，这本书首先为第一次接触这个领域的读者做一个基础介绍。随后本书会对前言专题进行深入讲解。本书主要针对对光子学知识不太了解的通信系统工程师所写。本书也包括一些站在工程师视角的设计理念，同时也包括Fi-Wi网络各前沿的正在进行和最新的发展。这些内容对研究者和研究生们有所帮助。
本书总结了多年来我在这一领域的工作。我在读研究生的时候，第一次被无线通信中使用光子学的技术所倾倒。我曾经梦想构建兼具两者优势的系统。我最初的想法是直接利用光纤中射出的光（我的硕士论文就是无线光通信相关的）。不过，我很快意识到光在空气中传播的瓶颈并转为研究光载RF通信——一个有更多实践方法但始终存在众多障碍的领域。
现在，在这个领域多年发展之后，已经有足够多的内容满足本书的架构。本书有一个独到之处，在于其内容虽然和光载无线电以及光载无线系统有关，但它并不在微波光子学领域过多着墨。本书面向一般的通信系统专家，他们对光子学并没有很深的知识。同时，光子学专业人士也可从这本书中系统级通信相关内容的理解中有所收获。
本书涉及的内容让我们首先用最短的语言概括本书涉及的内容。本书将对光载无线（ROF）通信系统做详细的研究。光载无线通信也称为光纤无线电（Fi-Wi）系统。这是一个热门技术，它直接结合了光通信的高带宽与无线网络灵活性和可移动性的优点提供宽带互联。
Fi-Wi受到如此高度的关注有众多原因：
-Fi-Wi技术可以快速、低成本的开发出微/极微蜂窝无线网络架构。这种架构可以在不使用额外频带的前提下，提高无线网络容量，从而可以解决日益紧张的频带不足问题。
-Fi-Wi系统缩短无线信道，从而支持真正的宽带互联。这一特性对实现空中接口比特率高达10G/s的5G和更先进的无线网络特别具有吸引力。
-基于ROF的Fi-Wi架构实现集中式处理和自适应比资源管理。这一特性对动态环境特别有利。
-ROF是一种毫米波无线传输的强有力备选方案。空中接口的损耗在毫米波段变得异常严重。除了光纤之外，没有任何线缆可以在满足极低损耗和失真要求下，搭载毫米波信号传输给用户。
-Fi-Wi网络可以在宽带宽下同时支持多个RF子载波。这是一个额外的优势。
-当今微波光子技术的成熟已让ROF链路元件的价格变得更低，而性能得到更多提升。Fi-Wi系统因而获得更大的实用价值和吸引力。
-当今大城市以及高速路和铁路上，有大量使用中和闲置的光纤。利用这些光纤构建Fi-Wi系统将节省更多开发费用。
不过，在大规模开发Fi-Wi网络之前，这项技术依然存在很多问题有待解决。功率分配能力的限制，大部分光发射器的低动态范围，以及光纤本身限制无线小区大小。而子载波复用的ROF系统需要高动态范围以耐受RF信号强度的变化。因光纤和无线信道在Fi-Wi中以串联形式存在，噪声和损耗会逐级积累。不仅如此，ROF链路的非线性失真与无线信道的多径散射将会叠加。因此，信道估计和均衡将会是一个繁重的任务。级联信道需要先进的信号处理算法以进行估计和补偿。对多用户环境来说，这一任务将变得更具挑战性。先进的信号处理算法是克服这些限制的关键。
关于本书本书可以划在Fi-Wi系统引论类图书中，主要面对研究生和现场工程师。由于内容的性质，读者如过对光纤光学和无线通信有基本了解，将会更容易理解本书。在本书中，我们不打算讲解这些内容。不过，有关Wi-Fi系统和信号处理技术的基础将会在本书中清楚的阐述。
本书涵盖了两个学科的内容，并在光学和无线通信领域架设一座桥梁。实际上，与ROF这一领域飞速发展的现状相对的是相关文献的稀少。这与所需知识跨越两个领域有关。在日益进步的通信行业中，要求工程师拥有光学和无线通信方面的知识，并可以设计组合或混合系统，这些知识和能力可以从本书中有所收获。
拥有光学和无线通信专业知识的认识可以理解本书的构想。一般来说，一些Fi-Wi课题对从事RF领域工作的无线通信专业人士来说更易理解。其他一些Fi-Wi课题对从事光学领域工作的光子学的工程师来说更易理解。另一些课题对从事基带无线通信系统建模和开发相应算法的信号处理专业人士来说更易理解。本书的内容希望对这三方面的专业人士都有所饶益。
前面的一些章节力求让无线系统设计师、学生，和研究者可以快速但扎实准确地理解ROF系统，以及它的优势和局限。我们将会描述链路元件的基本特性。我们也会进行功率分配基本计算，分析ROF链路的噪声情况，以及得到考虑光电两方面新造比的最优表达式。随后，我们会展示因非线性噪声介质和时变散射介质造成的多载波ROF系统分析的复杂性。
在本书接下来的部分，将会讲解针对Fi-Wi信道的数字信号处理技术。它可以保证Fi-Wi信道的高质量通信。这一部分章节中将会针对多径失真和噪声，进行信道估计和均衡算法方面的研究。针对这一内容，我们将会讲解多用户CDMA环境以及OFDM环境。
最后一章将对无线通信的历史和未来系统的发展方向做一个回顾和展望。读者可以认识到光纤到馈必将会在未来无线通信网络中发挥重要作用。新兴的数字化ROF技术，将克服模拟ROF系统非线性和累积噪声的问题，吸引更多关注。相干光纤RF链路系统也随着微波光子学和激光技术的进步逐步实现，从而为ROF链路性能带来更多提升。
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