自由空間光通信調(diào)制方法性能分析

郭 潔

（廣東科技學(xué)院 廣東 東莞 523083）

1 引言

無(wú)線光通信（FSO）中由于其通信鏈路的各種不確定因素，使得無(wú)線光通信中的調(diào)制方式必須符合無(wú)線光信道的傳輸要求。首先，作為人眼若能觀察到通信的過(guò)程，限制了無(wú)線光收發(fā)射機(jī)的平均功率。其次，其電容將限制光接收機(jī)的帶寬，因此要考慮頻帶利用率的影響。除此以外，抗碼間干擾性在無(wú)線光通信中影響也不容忽視。本文對(duì)無(wú)線光通信系統(tǒng)中幾種常用的調(diào)制方式開(kāi)關(guān)鍵控（OOK）、脈沖相位調(diào)制（PPM）、差分脈沖位置調(diào)制（DPPM）、數(shù)字脈沖間隔調(diào)制（DPIM）[1]就其有效性及可靠性進(jìn)行分析。

2 帶寬需求

若設(shè)各調(diào)制方式的調(diào)制階數(shù)為M，OOK的時(shí)隙寬度為τook，PPM的符號(hào)長(zhǎng)度為2M，DPPM的符號(hào)長(zhǎng)度為2M+1；DPIM的的符號(hào)長(zhǎng)度為2M+3，則各調(diào)制方式下的所需帶寬如表1所示。

表1 帶寬需求

如圖1所示為τ0=1各調(diào)制方式下的帶寬需求。在時(shí)隙寬度和符號(hào)比特?cái)?shù)一定，且調(diào)制階數(shù)相同時(shí)，OOK的帶寬需求最??；調(diào)制階數(shù)小的情況下，各調(diào)制方式的帶寬需求差別不大。調(diào)制階數(shù)4以上各調(diào)制帶寬需求區(qū)別較為明顯。

圖1 歸一化各調(diào)制方式下帶寬需求比較

3 傳輸容量

設(shè)各調(diào)制方式的時(shí)隙寬度都設(shè)為τS，OOK調(diào)制方式和調(diào)制階數(shù)無(wú)關(guān)，設(shè)其余調(diào)制方式階數(shù)相同為M，則PPM的符號(hào)寬度為2Mτs，DPPM的符號(hào)寬度為τS（2M+1）/2，DPIM符號(hào)寬度為τS（2M+3）/2，則可以得調(diào)制方式OOK、PPM、DPPM、DPIM下的系統(tǒng)傳輸容量見(jiàn)表2。

表2 傳輸容量

如圖2所示為τs為1時(shí)，各調(diào)制方式下的傳輸容量。在時(shí)隙寬度和符號(hào)比特?cái)?shù)一定，且調(diào)制階數(shù)相同時(shí)，PPM的傳輸容量最小，OOK的傳輸容量最大且保持不變。其他調(diào)制方式在調(diào)制階數(shù)8以后的傳輸容量變得很小并趨于相同。

圖2 歸一化傳輸容量比較

4 誤時(shí)隙率

把無(wú)線光通信系統(tǒng)的噪聲視為加性高斯白噪聲，若把系統(tǒng)當(dāng)成是基帶系統(tǒng)，根據(jù)信道模型，假設(shè)在有光脈沖時(shí)信號(hào)為√P+n（t），其中n（t）看成是白噪聲，其方差為σn2，并假設(shè)抽樣判決輸入信號(hào)峰值功率為Pr，判決門限為b，信息碼高低電平等概出現(xiàn)。據(jù)理論分析，設(shè)信噪比R為P/2σn2，得出各調(diào)制方式的誤時(shí)隙率如表3所示。

表3 誤時(shí)隙率

設(shè)調(diào)制階數(shù)相同M為4，進(jìn)行仿真得到如圖3所示結(jié)果。因此，小信噪比情況下PPM調(diào)制方式性能相比來(lái)說(shuō)好一些，隨著信噪比的增大，各調(diào)制方式的誤時(shí)隙率幾乎相同。

圖3 誤時(shí)隙率仿真

4 結(jié)語(yǔ)

隨著無(wú)線通信的越來(lái)越普遍化，無(wú)線光通信也已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，是連接寬帶網(wǎng)的一種快捷方法。然而一種合理最優(yōu)化的無(wú)線光通信系統(tǒng)中的調(diào)制方式也越來(lái)越迫切需求。FSO通信不免會(huì)存在各種的問(wèn)題，那么如果這些問(wèn)題能得到解決，該通信方式必能發(fā)揮它的最大潛能和優(yōu)勢(shì)。隨著無(wú)線光通信技術(shù)的不斷完善，該技術(shù)一定可以得到廣泛的應(yīng)用。

[1] 張建昆，楊宇，陳弘達(dá).室內(nèi)可見(jiàn)光通信調(diào)制方法分析[J].中國(guó)激光，2011(04)：137-140.

[2] 程剛.無(wú)線光通信中脈沖間隔調(diào)制方法[J].中國(guó)激光，2010年，Vol.37，No.7，2004.

[3] 湯玲利.基于RGBLED的波分復(fù)用可見(jiàn)光通信研究[D].桂林：桂林電子科技大學(xué)，2014.