湍流信道下類脈沖位置調(diào)制的信道容量分析

柳美平

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2015.36.020

摘 要：類脈沖位置調(diào)制是應(yīng)用在無線激光通信強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測系統(tǒng)中的調(diào)制方式的統(tǒng)稱，比如開關(guān)鍵控（OOK）、脈沖位置調(diào)制（PPM）等。該文詳細(xì)介紹了各調(diào)制方式的符號結(jié)構(gòu)，分析了弱、中強(qiáng)、強(qiáng)三種湍流信道下這些調(diào)制方式的平均信道容量。通過比較分析得出OOK的信道容量最大，PPM的信道容量最小。

關(guān)鍵詞：無線激光通信 類脈沖位置調(diào)制 信道容量 湍流信道

中圖分類號：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（c）-0020-04

無線光通信作為一種新型的通信技術(shù)結(jié)合了光纖通信和移動(dòng)通信的優(yōu)勢，近年來受到了廣泛的重視。在無線光通信系統(tǒng)中，激光在大氣中傳播會(huì)受到大氣湍流的影響從而會(huì)使信息失真，同時(shí)對人眼安全的要求限制了激光器的平均發(fā)射功率，所以就對調(diào)制方式提出了更高的要求。文獻(xiàn)[1-2]提出了幾種新的調(diào)制方式。文獻(xiàn)[3]推導(dǎo)了在湍流信道下平均信道容量的計(jì)算公式，并進(jìn)行了數(shù)值仿真。文獻(xiàn)[4]提出在弱湍流狀態(tài)下，光強(qiáng)服從對數(shù)正態(tài)分布，從弱湍流到強(qiáng)湍流變化過程中光強(qiáng)服從Gamma-Gamma分布。文獻(xiàn)[5]指出在強(qiáng)湍流情況下，光強(qiáng)近似服從K分布。

該文分析了湍流信道下不同調(diào)制方式的平均信道容量。通過仿真比較不同湍流信道下各調(diào)制方式的平均信道容量的變化情況。

1 不同調(diào)制方式的符號結(jié)構(gòu)

1.1 開關(guān)鍵控

開關(guān)鍵控（on-off keying，OOK）是最簡單的調(diào)制方式，利用光脈沖的有無來傳遞信息，在一個(gè)比特時(shí)隙內(nèi)有光脈沖表示傳輸信息“1”，無光脈沖表示傳輸信息“0”。

1.2 脈沖位置調(diào)制

脈沖位置調(diào)制（pulse position modulation，PPM），是將一組n位二進(jìn)制數(shù)據(jù)映射為2n個(gè)時(shí)隙組成的時(shí)間段上的某一個(gè)時(shí)隙處的單個(gè)脈沖信號。光脈沖的位置即是二進(jìn)制數(shù)據(jù)所對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。

1.3 數(shù)字脈沖間隔調(diào)制

數(shù)字脈沖間隔調(diào)制（digital pulse interval modulation，DPIM）[1]屬于脈沖間隔調(diào)制。符號以一個(gè)脈沖時(shí)隙開始，后面加上該符號表示的十進(jìn)制數(shù)值個(gè)空時(shí)隙作為信息時(shí)隙。

1.4 雙頭脈沖間隔調(diào)制

雙頭脈沖間隔調(diào)制（dual-header PIM，DHPIM）[2]，每個(gè)符號由長度為個(gè)時(shí)隙的頭部時(shí)隙與后續(xù)的空時(shí)隙組成，當(dāng)，頭部時(shí)隙為個(gè)脈沖時(shí)隙加個(gè)空保護(hù)時(shí)隙，后續(xù)的空時(shí)隙個(gè)數(shù)為；當(dāng)時(shí)，頭部時(shí)隙為個(gè)脈沖時(shí)隙和一個(gè)保護(hù)時(shí)隙，后續(xù)的空時(shí)隙為。

以調(diào)制比特?cái)?shù)M=4為例，各調(diào)制方式的符號結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 平均信道容量分析

4 仿真結(jié)果

用MATLAB軟件對上述的三種湍流信道下的平均信道容量計(jì)算公式（6）、（13）和（15）進(jìn)行仿真，不同調(diào)制方式的值分別為：

，，，

。光電轉(zhuǎn)換效率取為0.5，光子效率取為0.8，接收端孔徑取為8 cm，波長取為850 nm，噪聲方差取為25×10-5 A。各調(diào)制方式在湍流情況下的平均信道容量的比較如圖2、圖3和圖4所示。

5 結(jié)語

該文分析研究了OOK、PPM、DPIM、和DHPIM四種調(diào)制方式在湍流信道下的平均信道容量。推導(dǎo)出了三種湍流情況下各調(diào)制方式的平均信道容量的計(jì)算公式并對這些公式進(jìn)行了數(shù)值仿真。從數(shù)值仿真結(jié)果可以看出，OOK的平均信道容量最大，PPM最小，隨著湍流強(qiáng)度的增大平均信道容量在減小，在同一湍流信道下采用同一調(diào)制方式，通過減小信息傳送距離能有效地提高調(diào)制方式的平均信道容量。

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