大气无线光通信系统中数字脉冲间隔调制研究

基于光强闪烁的大气无线光通信系统模型,研究了数字脉冲间隔调制(DPIM)方式的差错性能,分析了符号结构、发射功率、带宽需求等问题,并与 OOK(开关键控)和 PPM(脉冲位置调制)调制方式进行比较。理论和仿真研究结果表明,DPIM 调制方式较 PPM 方式有较高的功率效率和较少的带宽需求,特别是在系统实现上相对于 PPM 大大简化。因此 DPIM 应用于无线光通信系统具有一定优势。     

无线光通信调制技术的性能分析

在对五种典型大气无线光通信调制方式——OOK、PPM、DPPM、DPIM和DH—PIM的调制结构进行分析的基础上,结合大气无线光信道特点,分析比较了这五种调制方式的平均发射功率、传输容量和误时隙率。理论分析与仿真结果表明：DPPM、DPIM和DH-PIM更具有优势,更适合于未来无线光通信系统。     

无线光通信双幅度脉冲位置调制

无线光通信脉冲位置调制(PPM)的功率利用率虽然很高,但带宽需求也非常高,在无线光通信系统中,应当充分考虑带宽需求和功率利用率的平衡问题.针对该问题,提出了一种新的双幅度脉冲位置调制(DAPPM).在给出了其符号结构之后,分析了其带宽利用率.然后,推导了弱湍流信道模型下DAPPM的误时隙率和误包率,并与OOK、PPM、DPIM和DAPIM等调制方式进行了比较.结果表明,在相同的位分辨率条件下,DAPPM的误包率虽然高于PPM和DPIM,但明显优于OOK和DAPIM.同时,DAPPM去除了PPM中冗余的时隙,且平均长度比DPIM短,从而获得了比DPIM更高的带宽利用率.     

无线光通信调制方式研究

大气无线光通信的调制方式有多种,但缺少综合的分析。研究分析了OOK（开关键控）,PPM（脉冲位置调制）,DPIM（数字脉冲间隔调制）和DH—PIM（双头脉冲位置调制）等调制方式的符号结构,发射功率,带宽需求和误时隙率。通过分析可知DPIM和DH—PIM调制方式比较适合作为未来大气无线光通信的调制方式。为无线光通信调制方式的选取提供一定的参考依据并指出其发展趋势。     

A new modulation scheme of visible light communication

In order to use white light emitting diode （LED） as a lighting source and communication part, a new modulation scheme called reverse dual header pulse interval modulation （RDH-PIM） is proposed for indoor visible light communications based on the analyses of the structures of on-off keying （00K）, pulse position modulation （PPM）, digital pulse interval modulation （DPIM） and dual header pulse interval modulation （DH-PIM）. After analyzing and comparing the symbol structure, bandwidth requirement and average transmission power of different modulation methods, the slot error rate is derived. Simulation results show that OOK has the minimum bandwidth, while RDH-PIM has the highest average transmission power and its bandwidth efficiency is obviously better than those of PPM and DPIM. Hence, RDH-PIM is superior in optical wireless communication systems.     

无线光通信调制方式性能分析

无线光通信的调制方式有多种,但缺少综合系统的分析。在详细地分析了脉冲位置调制（PPM）、数字脉冲间隔调制（DPIM）和双头脉冲间隔调制（DH—PIM）等调制方式符号结构的基础上,比较了各种凋制方式的平均发射功率和带宽效率,并在给定模型下分析了误时隙率。通过分析得出DPIM和DH—PIM更具有优势,更适合于未来无线光通信系统。     

一种新型的无线光通信调制方法

针对脉冲位置调制(PPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)等方法存在的问题,提出了一种新的双宽脉冲位置调制(DD-PPM)方式.在给出其符号结构的基础上,分析了带宽需求、传输容量和平均功率,推导出弱湍流信道下的误包率模型,并将其与开关键控调制(OOK),PPM和DPIM等典型调制方式进行了比较.理论分析和仿真结果表明,DD-PPM不仅比OOK具有更高的功率利用率和更好的差错性能,比PPM具有更高的带宽效率和传输容量,比DPIM具有相近甚至略好的差错性能,而且因符号长度固定,解调时不存在等待或缓存器溢出等问题,较DPIM更易工程实现.因而作为一种折中的调制方式,DD-PPM在无线光通信中有一定的应用场合.     

Digital pulse interval modulation for optical communications

This article presents a study of digital pulse interval modulation (DPIM) for optical wireless communications using intensity modulation with direct detection. The DPIM code properties are discussed, and expressions for the transmission capacity, power spectrum, and error probability are presented. We show that for a given number of bits per symbol, DPIM has a higher transmission capacity, a similar spectral profile, and only a marginally inferior error probability performance compared with pulse position modulation, and is rather less complex to implement. Finally, problems associated with the nonuniform symbol length characteristics of DPIM together with possible solutions are discussed     

无线光通信中的定长数字脉冲间隔调制

针对脉冲位置调制(PPM)需要符号同步和数字脉冲间隔调制(DPIM)符号长度不固定所引起的问题,提出了一种新的定长数字脉冲间隔调制(FDPIM)。给出了相应的编码结构,并分析了平均功率效率和带宽需求。在弱湍流信道模型下推导了定长数字脉冲间隔调制的误包率,并与开关键控(OOK)、脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制等调制方式进行了比较分析。结果表明,定长数字脉冲间隔调制的误包率劣于脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制,但明显优于开关键控的误包率。虽然定长数字脉冲间隔调制的带宽要求较高,但不需要符号同步,相对于脉冲位置调制系统,实现的复杂性大大简化;相对于数字脉冲间隔调制,其符号长度固定,不会出现因符号时隙个数不固定所引起的调制器等待或缓冲器溢出问题。     

水下无线光通信中的FDPIM性能研究

为了改善脉冲位置调制需要符号同步和数字脉冲间隔调制、双头脉冲间隔调制、多幅度脉冲间隔调制符号长度不固定所引起的接收发机结构复杂和调制器速率不固定等问题,提出将定长数字脉冲间隔调制应用于水下无线光通信系统。分析了带宽需求、传输容量,并与其它调制方式进行了比较;在给出水下无线光通信信道模型的基础上,推导了该信道中定长数字脉冲间隔调制方式的误包率表达式。结果表明,定长数字脉冲间隔调制适用于水下无线光通信系统。     

大气无线光通信调制方式性能分析

在对三种典型大气无线光通信调制方式--OOK、PPM和DPIM的调制结构进行分析的基础上,结合大气无线光信道特点,分析比较了这三种调制方式的带宽需求、传输容量、功率需求和差错性能.理论分析与仿真结果表明,OOK方式实现简单,不需要符号同步,带宽需求最小,但功率利用率太低;PPM方式大大提高了功率利用率,但带宽利用率最低,而且需要符号同步;DPIM相比于OOK具有更高的功率利用率,相比于PPM具有更高的带宽利用率,而且不需要符号同步,应用于无线光通信系统具有显著的优势.     

弱湍流信道MIMO-FSO系统误时隙率分析

分析了在弱湍流信道模型下基于开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)方式的多输入多输出自由空间光(MIMO-FSO)通信系统模型。首先推导了各调制方式下单输入单输出(SISO)系统的误时隙率(SER)计算公式,以此作为参考,在独立同分布的条件下,推导出MIMO-FSO系统的平均SER计算公式,并用数值仿真的方法,分析了它们的平均SER性能。仿真结果表明,在弱湍流信道模型下,PPM可获得最好的SER性能,采用MIMO方法能有效提高FSO系统的平均SER性能。     

光通信中基于脉冲调制的联合编码调制研究

为了研究无线光通信中数字脉冲调制与信道编码的联合编码调制问题,在给出调制时域结构的基础上,采用理论推导和数值仿真相结合的方法,分析了基于二进制线性分组码的开关键控、数字脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制系统的差错性能,得出了信道编码纠错能力与调制阶数的结合关系。结果表明,采用开关键控调制的系统,其汉明距离与欧式距离等价,故不存在调制与信道编码参量匹配问题;脉冲位置调制系统在纠错个数大于调制阶数时,可取得较明显的编码调制增益,当纠错个数能被调制阶数整除时,编码和调制达到匹配;由于数字脉冲间隔调制的符号时隙不固定,存在错误传播现象,不宜与差错编码联合使用。所得结果可为无线光通信链路的设计提供参考。     

一种新的数字脉冲间隔调制解调方法

针对数字脉冲间隔调制(DPIM)包序列发生差错时会出现符号增减从而导致差错性能下降的问题,提出了一种新的解调方法。给出了解调方法的解调过程,推导了其差错解概率,并与门限解调法进行了比较分析。数值仿真表明,当误包率为10-6以及包信息为24bit时,相较于门限法,可节省约1.5dBm的平均接收功率,且调制阶数对其影响不大;但当包信息量增大时,性能改善的程度将减弱。在不增加冗余信息的情况下,提出的DPIM解调方法能够有效地改善系统的差错性能,可为无线光通信链路的设计提供参考。     

无线光DH-PIM与DPIM调制方式的性能研究

为了解决目前无线光通信采用的调制方式误包率大、传信率低等问题,研究了双头脉冲间隔调制(DH-PIM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)的性能。分析了DPIM和DH-PIM两种调制方式的符号结构,比较了二者的传信率以及给定模型下的误包率。仿真与分析结果表明,DH-PIM的传信率较高,适合于实时性要求较高的传输系统,而DPIM的平均发射功率低,误包率较小,适合于要求低功率或高可靠性的系统。     

室内无线光通信调制方式的性能研究

为了研究适用于室内无线光通信的调制方式,分析了开关键控（OOK）、脉冲位置调制（PPM）、差分脉冲位置调制（DPPM）、数字脉冲间隔调制（DPIM）和双头脉冲间隔调制（DH-PIM）的调制结构,详细推导了各调制方式的平均发射功率、带宽需求、传输容量和误包率的公式,并进行了仿真分析。结果表明,PPM的平均发射功率最小,DPIM、DPPM和DH-PIM次之,OOK的平均发射功率最大;OOK的带宽需求最小,DH-PIM、DPPM和DPIM次之,PPM的带宽需求最大;DPPM的传输容量最大,DPIM和DH-PIM次之,OOK和PPM的传输容量最小;在相同调制阶数的条件下,PPM的误包率最小,DPIM、DPPM和DH-PIM次之,OOK的误包率最大。     

自由空间光通信调制方式研究

分析了OOK、PPM、DPPM和DPIM符号结构,详细推导了传信率、发射功率、传输带宽、误时隙率的公式和误时隙率最佳门限的解析式,并给出了相应的仿真结果。分析与仿真表明,综合考虑性能指标和可实现性,DPIM更适用于未来自由空间光通信系统。     

Research on diversity receive technology for wireless optical communication using PPM in weak turbulence atmosphere channel

In order to mitigate atmospheric turbulence, the free space optical （FSO） system model with spatial diversity is ana- lyzed based on intensity detection pulse position modulation （PPM） in the weak turbulence atmosphere. The slot error rate （SER） calculating formula of the system without diversity is derived under pulse position modulation firstly. Then as a benchmark, independent of identical distribution, the average slot error rates of the three linear combining tech- nologies, which are the maximal ratio combining （MRC）, equal gain combining （EGC） and selection combining （SelC）, are compared. Simulation results show that the performance of system is the best improved by MRC, followed by EGC, and is poor by SelC, but SelC is simpler and more convenient. Spatial diversity is efficient to improve the performance and has strong ability on resistance to atmospheric channel decline. The above scheme is more suitable for optical wire- less communication systems.     

弱湍流信道无线光通信分集接收合并技术

为了克服大气湍流所造成的信道衰落效应,分析了在弱湍流信道模型下基于强度检测脉冲位置调制方式的自由空间光通信空间（FSO）分集接收系统模型,推导了无分集系统的误时隙率计算公式。然后以此作为参考,在独立同分布的情况下,采用数值仿真的方法,分别对比分析了最大比合并（MRC）、等增益合并（EGC）和选择性合并（SC）的误时隙率性能。结果表明,3种合并技术中,误时隙率性能改善最优的是MRC,其次是EGC,而SC的改善性能最差,但是SC实现相对容易。利用分集接收合并技术可以有效改善FSO系统的性能,并且具有较好的抗大气信道衰落能力,在无线光通信中将有一定的应用前景。     

Analysis of error performance on Turbo coded FDPIM

Due to variable symbol length of digital pulse interval modulation（DPIM）, it is difficult to analyze the error performances of Turbo coded DPIM. To solve this problem, a fixed-length digital pulse interval modulation（FDPIM） method is provided. The FDPIM modulation structure is introduced. The packet error rates of uncoded FDPIM are analyzed and compared with that of DPIM. Bit error rates of Turbo coded FDPIM are simulated based on three kinds of analytical models under weak turbulence channel. The results show that packet error rate of uncoded FDPIM is inferior to that of uncoded DPIM. However, FDPIM is easy to be implemented and easy to be combined, with Turbo code for soft-decision because of its fixed length. Besides, the introduction of Turbo code in this modulation can decrease the average power about 10 dBm, which means that it can improve the error performance of the system effectively.