近年来，随着社交媒体、物联网等行业的兴起，以及“互联网+”概念的提出，射频通信技术由于频带、通信容量受限等原因，难以满足企业、政府、科研人员等对网络带宽及容量的高需求。无线光通信技术的兴起，为解决这一瓶颈问题带来了转机。无线光通信技术具有频谱宽、速率高、抗磁干扰、无需频率许可证、组网方便灵活、成本较低等特点，在应急通信、卫星通信、对潜通信等领域都得到了广泛的研究与应用。与此同时，5G网络商业部署逐渐成型，对6G发展前景的探讨也开始出现在公众的视野中，无线光通信技术在未来6G的应用场景中有极大的发展潜力。因此本书对无线光通信技术进行了全面介绍。
本书根据最新无线光通信链路分类标准，完整介绍了通信系统的组件，并对室内、近地、空间、水下等场景的链路应用进行了详细说明，还提出了异构、混合无线光通信系统。本书重点介绍了近地无线光通信、空间无线光通信、水下无线光通信的应用场景中相关系统结构、信道特性、调制技术等内容，并在此基础上对大气湍流和海洋湍流模型进行了介绍；进一步地，本书对无线光通信技术中抑制湍流的方法进行了梳理，具体包括孔径平均技术、分集技术、自适应光学技术、部分相干光技术等。
本书共6章。第1章重点介绍了无线光通信的基本概念、通信链路的分类及相关标准，并给出了链路配置的相应示例。第2章主要介绍了无线光通信系统的组成器件，包括光发射机和光接收机，以及相应的调制与检测方法。第3章介绍了可见光通信的标准，如IEC TC 34、PLASA E1.45和IEEE 802.15.7等，以及可见光通信的标准在服务领域、照明领域的兼容性；同时分析了室内可见光通信系统的性能增强技术、基于成像传感器可见光通信系统的系统组成。第4章介绍了近地无线光通信的特点和应用领域，其中着重介绍了大气信道中湍流的相关知识，如大气折射率谱模型、光束漂移、光强闪烁，并根据大气信道损耗、光束扩展、光损耗、对准误差损耗的基本理论，给出了相应的链路预算。第5章介绍了空间无线光通信系统及其在各国科学研究中的项目进展情况，研究并给出了地面卫星/卫星地面链路、星间链路和深空链路的应用场景；此外给出了轨道角动量的相关理论知识，如常见光束的生成方法、光束类型、相关领域应用等。第6章介绍了水下无线光通信的相关研究成果，对光在海水中的传播特性及相关链路配置等进行了分析；此外，介绍了水下信道中影响水下光通信链路的可靠性和有效性的因素，分析了提高水下无线光通信系统效率的方法，如协作分集和混合声光系统，该系统具有高数据速率、低延迟和较强的稳定性，是对现有声学系统的补充。
本书由西安电子科技大学的岳鹏老师主持编写，易湘老师负责本书第1章的编写，顾华玺老师负责本书第6章6.3节~6.5节的编写，程文驰老师负责本书第6章6.6节~6.8节的编写，岳鹏老师完成了本书剩余部分的编写工作，西安电子科技大学的刘艳艳同学辅助完成了本书中相关文献的查阅及作图。
本书取材于作者在该领域所取得的研究成果和该领域的最新进展。其中作者的许多基础研究成果已在国内外期刊发表并被多人引用。本书的理论知识具有系统性和完整性，方便读者学习。本书的编写也参考了国内外多篇理论研究成果与著作，在此向被参考的文献、著作的作者致以诚挚的谢意。
编 者
2022年4月
无线光通信技术作为一种新型的通信技术，同时具有微波通信和光纤通信的优势。本书全面介绍了无线光通信技术的基本概念、无线光通信系统的构成与设计、轨道角动量在无线光通信中的应用、无线光通信中大气湍流模型和海洋湍流模型、无线光通信的链路配置及应用场景（其中包括室内无线光通信、近地无线光通信、空间无线光通信、水下无线光通信）等相关内容。
本书主要读者对象为从事无线光通信领域研究与应用的科研、设计和工程技术人员，并可供相关专业的高年级本科生和研究生学习参考。
第1章 无线光通信 1
1.1 概述 1
1.2 相关术语与基本概念 2
1.3 无线光通信链路分类标准 4
1.3.1 分类标准的构成元素 4
1.3.2 分类标准 5
1.4 室内无线光通信 9
1.4.1 链路配置 9
1.4.2 链路损伤 12
1.4.3 室内无线光通信标准与建议 13
1.5 近地无线光通信 16
1.5.1 链路配置 16
1.5.2 链路损伤 19
1.5.3 近地无线光通信标准与建议 21
1.6 空间无线光通信 22
1.6.1 链路配置 22
1.6.2 链路损伤 23
1.6.3 空间无线光通信标准与建议 23
1.7 水下无线光通信 23
1.7.1 链路配置 24
1.7.2 链路损伤 28
1.7.3 水下无线光通信标准与建议 29
1.8 异构无线光通信链路 29
1.9 两类无线光通信系统 32
1.9.1 异构无线光通信系统 34
1.9.2 混合无线光通信系统 34
本章小结 35
第2章 系统介绍 37
2.1 光发射机 37
2.1.1 光源 38
2.1.2 调制 42
2.2 光接收机 44
2.2.1 光检测器 44
2.2.2 噪声 47
2.2.3 直接检测 50
2.2.4 相干检测 51
2.3 一个典型的点到点无线光通信系统 52
2.3.1 点到点链路 52
2.3.2 链路性能分析 53
本章小结 55
第3章 可见光通信 56
3.1 概述 56
3.2 考虑光照约束的调制技术 58
3.2.1 可调光VLC中的逆源编码 61
3.2.2 可调光VLC中的多级传输 67
3.2.3 多色VLC的颜色强度调制 74
3.3 室内可见光系统的性能提升技术 79
3.3.1 接收平面倾斜技术 79
3.3.2 LED排列技术 86
3.3.3 光照强度控制技术及其在VLC系统中的性能 91
3.4 可见光通信标准 96
3.4.1 VLC标准的范畴 96
3.4.2 调制标准 98
3.4.3 VLC传输标准 99
3.4.4 VLC照明标准 99
3.5 基于成像传感器的可见光通信系统 101
3.5.1 成像传感器 102
3.5.2 成像传感器用于可见光接收机 104
3.5.3 设计基于成像传感器的可见光通信系统 107
本章小结 110
第4章 近地无线光通信 111
4.1 概述 111
4.2 近地FSO的特性 112
4.2.1 FSO的特点 113
4.2.2 近地FSO的应用领域 114
4.3 近地FSO系统结构 115
4.3.1 发射机 115
4.3.2 接收机 116
4.3.3 大气信道 117
4.4 噪声源 171
4.5 调制技术 173
4.5.1 OOK 175
4.5.2 PPM 177
4.5.3 SIM 179
本章小结 183
第5章 空间无线光通信 184
5.1 概述 184
5.1.1 空间无线光通信的发展 184
5.1.2 FSO通信较RF通信的优势 186
5.1.3 FSO通信系统波长选择 187
5.1.4 相关研究进展 191
5.2 空间无线光信道特性 191
5.2.1 上行/下行FSO链路 192
5.2.2 星间链路 201
5.3 扫描、跟踪与瞄准 203
5.4 空间无线光通信系统性能提升技术 205
5.4.1 物理层技术 206
5.4.2 上层技术 214
5.5 轨道角动量系统 216
5.5.1 OAM概述 216
5.5.2 涡旋光束的生成 220
5.5.3 涡旋光束的类型 227
5.5.4 涡旋光束的应用 238
5.6 FSO回传通信 243
5.7 发展方向 246
本章小结 247
第6章 水下无线光通信 248
6.1 概述 248
6.2 光在海水中的传播特性 250
6.2.1 声波、电磁波和光波的比较 250
6.2.2 海水对光波的吸收与散射 253
6.2.3 海洋湍流 258
6.2.4 指向与对准 277
6.2.5 背景噪声 279
6.2.6 多径干涉和色散 280
6.2.7 障碍物 280
6.3 光通信链路配置 281
6.3.1 直接视线传输链路 281
6.3.2 非视线传输链路 282
6.3.3 反射链路 283
6.4 水中光学衰减模型 284
6.4.1 水中视线传输链路的光学衰减模型 284
6.4.2 水中非视线传输链路的光学衰减模型 285
6.5 水下无线光通信系统设计 285
6.5.1 发射机 286
6.5.2 接收机 288
6.5.3 调制器 289
6.5.4 信道编码 289
6.6 水下无线光通信的协作分集 291
6.7 混合声光系统 292
6.8 发展方向 293
本章小结 294
参考文献 295
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