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內(nèi)容簡介

　　本書主要介紹了基于LED的水下可見光通信的技術(shù)原理。全書共分為8章，第1章給出了水下可見光通信的基本概念，追溯其發(fā)展歷史，同時展望了其未來研究趨勢；第2～8章分別從水下信道建模、水下可見光通信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、調(diào)制方式、均衡技術(shù)、水下MIMO光通信技術(shù)以及水下可見光通信系統(tǒng)中的機器學(xué)習(xí)算法等方面介紹了實現(xiàn)水下可見光通信所采用的先進技術(shù)和關(guān)鍵算法，同時給出了作者所在研究團隊基于本書介紹的技術(shù)理論取得的實驗成果。本書適合從事通信領(lǐng)域研究尤其是水下可見光通信研究的工程技術(shù)人員，以及高等院校通信工程等相關(guān)專業(yè)的研究生和教師閱讀。

作者簡介

　　遲楠復(fù)旦大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。國家杰出青年科學(xué)基金獲得者，美國光學(xué)學(xué)會會士（OSA Fellow）。擔(dān)任中國光學(xué)學(xué)會纖維光學(xué)與集成光學(xué)專委會常委委員，中國通信學(xué)會光通信專委會委員，中國電子學(xué)會光通信與光網(wǎng)絡(luò)專委會委員。先后獲得教育部新世紀優(yōu)秀人才、上海市曙光學(xué)者、上海市十大IT 新銳和上海市三八紅旗手稱號。長期從事高速光通信和高速可見光通信方面的研究，主要研究高譜效率多維多階光調(diào)制技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)。共發(fā)表SCI論文260余篇（其中4篇ESI高被引論文），SCI累計他引2400余次，Google Scholar引用7300余次。出版專著5部。申請專利37項（其中18項已被授權(quán)）。5次擔(dān)任光通信國際會議主席，近5年應(yīng)邀在國際會議作大會主題報告2次，特邀報告30余次。獲教育部自然科學(xué)獎二等獎、中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果獎一等獎、中國國際工業(yè)博覽會創(chuàng)新獎等。賀鋒濤西安郵電大學(xué)副教授、碩士生導(dǎo)師，陜西省電子學(xué)會理事，中國民主同盟盟員。2004年7月于中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所取得博士學(xué)位，主要從事物理光學(xué)、光電子學(xué)教學(xué)工作。研究方向有：無線光通信、激光高分辨成像、高密度光存儲技術(shù)等。近年來先后主持中船重工705研究所“高速水下無線激光通信信息平臺研究”、中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所“高分辨硅光子器件顯微成像耦合系統(tǒng)”等項目。先后在Chinese Optics？Letters、Optics Express和《物理學(xué)報》《光子學(xué)報》《紅外與激光工程》等刊物上發(fā)表研究論文30余篇，SCI、EI收錄20余篇，申請專利3項。段作梁西安郵電大學(xué)副研究員。主要研究方向有：光學(xué)圖像識別技術(shù)、超快光子學(xué)、高功率寬譜白激光產(chǎn)生技術(shù)、阿秒脈沖的產(chǎn)生與測量技術(shù)、水下無線光信號傳輸技術(shù)等。2005年8月—2006年5月在美國堪薩斯州立大學(xué)做訪問學(xué)者，開展阿秒脈沖產(chǎn)生與測量技術(shù)的實驗和理論研究。已在The European Physics Journal D、Physical Review E、Optics Express、Chinese Physics、《物理學(xué)報》和《中國激光》等刊物上發(fā)表論文10多篇，申請發(fā)明專利4項。

圖書目錄

目錄
第　1章概述　001
1．1　引言　002
1．2　國際國內(nèi)研究現(xiàn)狀　004
1．3　水下可見光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　006
1．4　本章小結(jié)　007
參考文獻　007
第　2章水下信道建模　011
2．1　海水的吸收和散射特性　012
2．1．1　海水的固有光學(xué)特性　013
2．1．2　海水信道的光學(xué)吸收特性　013
2．1．3　海水信道的光學(xué)散射特性　020
2．1．4　海水信道的總衰減特性　023
2．2　海水信道光傳輸散射特性的蒙特卡洛模擬　024
2．2．1　海水信道中的光傳輸散射效應(yīng)　025
2．2．2　海水信道的光傳輸散射相位函數(shù)　027
2．2．3　海水信道中光傳輸散射特性的蒙特卡洛仿真　028
2．3　基于蒙特卡洛統(tǒng)計方法的水下傳輸時域展寬特性　033
2．3．1　光信號在水下傳輸?shù)臅r域特性分析　033
2．3．2　光脈沖信號在水下傳輸?shù)臅r域展寬模型　038
2．4　水下無線光通信空域光斑擴展模型分析　043
2．5　水下LED無線光信號傳輸模型及實驗分析　043
2．6　本章小結(jié)　045
參考文獻　046
第3章　LED發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)　049
3．1　非成像光學(xué)理論基礎(chǔ)　050
3．1．1　非成像光學(xué)　050
3．1．2　非成像光學(xué)的發(fā)展　051
3．1．3　非成像光學(xué)系統(tǒng)　051
3．1．4　光學(xué)擴展量理論　052
3．2　非成像光學(xué)設(shè)計方法　055
3．3　LED發(fā)射準直光學(xué)設(shè)計　058
3．3．1　LED光學(xué)特性　058
3．3．2　發(fā)射準直天線設(shè)計　061
3．4　本章小結(jié)　066
參考文獻　066
第4章　LED光學(xué)接收、探測及處理系統(tǒng)　069
4．1　LED接收機結(jié)構(gòu)概述　070
4．2　LED接收光學(xué)天線特性分析　071
4．2．1　菲涅耳接收透鏡　071
4．2．2　復(fù)合拋物面聚光器　079
4．3　高靈敏單光子探測及處理技術(shù)　083
4．3．1　高靈敏單光子探測器　083
4．3．2　單光子探測面臨的主要問題　090
4．3．3　單光子信號檢測技術(shù)　091
4．4　水密封艙體結(jié)構(gòu)　092
4．5　本章小結(jié)　093
參考文獻　093
第5章　水下高速光通信調(diào)制方式　095
5．1　高速高譜效率調(diào)制的實現(xiàn)途徑　096
5．2　單載波調(diào)制技術(shù)　098
5．2．1　通斷鍵控　098
5．2．2　無載波幅度相位調(diào)制　100
5．3　多載波調(diào)制技術(shù)　106
5．3．1　正交頻分復(fù)用技術(shù)調(diào)制與解調(diào)原理　107
5．3．2　離散多音頻調(diào)制　114
5．3．3　DFT-S OFDM調(diào)制　115
5．3．4　水下實驗　121
5．4　幾何整形　127
5．4．1　幾何整形8-QAM　128
5．4．2　幾何整形16-QAM　130
5．4．3　應(yīng)用　132
5．5　概率整形　134
5．5．1　麥克斯韋玻爾茲曼分布　135
5．5．2　歸一化廣義互信息　136
5．5．3　概率幅度整形　138
5．5．4　實際應(yīng)用　139
5．6　本章小結(jié)　142
參考文獻　142
第6章　水下光通信非線性均衡技術(shù)　145
6．1　基于Volterra級數(shù)的非線性均衡　146
6．2　基于多項式的非線性均衡　148
6．3　基于非線性自適應(yīng)濾波器的水下可見光通信實驗　149
6．4　本章小結(jié)　151
參考文獻　153
第7章　水下MIMO光通信技術(shù)　155
7．1　多輸入單輸出系統(tǒng)　156
7．1．1　等概率預(yù)編碼PAM7調(diào)制的2×1 MISO水下可見光通信系統(tǒng)　156
7．1．2　利用DBSCAN的機器學(xué)習(xí)算法增強PAM7 MISO UVLC系統(tǒng)性能　161
7．2　單輸入多輸出系統(tǒng)　168
7．2．1　采用等增益合并技術(shù)集成PIN陣列的水下可見光通信系統(tǒng)　168
7．2．2　基于接收最大比合并的多PIN高速水下可見光通信系統(tǒng)　174
7．3　多輸入多輸出系統(tǒng)　181
7．3．1　基于簡化空時分組編碼技術(shù)的可見光MIMO傳輸實驗　182
7．3．2　基于雙邊帶獨立信號非線性串擾消除算法的光纖大容量傳輸實驗　186
7．3．3　疊加編碼在MIMO VLC系統(tǒng)中的技術(shù)研究　192
7．4　本章小結(jié)　198
參考文獻　199
第8章　水下可見光通信的機器學(xué)習(xí)算法　201
8．1　基于無監(jiān)督的聚類算法　202
8．1．1　K-Means算法　202
8．1．2　DBSCAN算法　210
8．1．3　高斯混合模型　217
8．2　基于有監(jiān)督的支持向量機算法　224
8．2．1　支持向量機原理　224
8．2．2　基于支持向量機的多頻帶CAP VLC系統(tǒng)相位估計新方案　225
8．2．3　基于支持向量機的車輛照明多路訪問互聯(lián)網(wǎng)幾何星座分類的
機器學(xué)習(xí)方案　227
8．3　基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法　229
8．3．1　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理　229
8．3．2　函數(shù)連接人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在水下可見光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用　230
8．3．3　深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在可見光通信系統(tǒng)信道估計中的應(yīng)用　236
8．3．4　高斯核深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在水下可見光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用　245
8．4　本章小結(jié)　256
參考文獻　256
中英文對照表　261
名詞索引　265