無線光通信調(diào)制方式性能分析

肖湘武

摘 要：無線光通信調(diào)制方式具有一定的多樣性和特殊性，誤碼率是一項(xiàng)重要性指標(biāo)，能夠?qū)o線光通信系統(tǒng)不同調(diào)制方式的優(yōu)勢(shì)與不足進(jìn)行科學(xué)化的衡量分析，以促進(jìn)無線光通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要分析無線光通信調(diào)制方式的功率利用率、帶寬利用率以及傳輸容量等性能，以促進(jìn)無線光通信系統(tǒng)調(diào)制方式的優(yōu)化，僅供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：無線光通信；調(diào)制；誤碼率

無線光通信是一種現(xiàn)代化的寬帶接入方式，能夠以靈活的無線方式實(shí)現(xiàn)短距離內(nèi)的實(shí)現(xiàn)光纖傳送，具有明顯的高帶寬、低誤碼率以及安全性高等特點(diǎn)。無線光通信系統(tǒng)有多種調(diào)制方式和解調(diào)方式，包括開關(guān)鍵控調(diào)制OOK、脈沖位置調(diào)制PPM以及數(shù)字脈沖間隔調(diào)制DPIM等，在實(shí)際應(yīng)用中，這幾種調(diào)制方式各有利弊，因此對(duì)無線光通信調(diào)制方式的性能進(jìn)行分析和研究，在維護(hù)無線光通信系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行方面具有重要的作用。

1 無線光通信原理分析

1.1 通信原理及通信系統(tǒng)組成

就宏觀層面來看，無線光通信主要以激光為信息載本，直接在空氣中實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的傳輸，也就是指在控制內(nèi)直接進(jìn)行語音、數(shù)據(jù)以及圖像等信息的雙向傳輸。通常情況下，無線光通信系統(tǒng)主要由信道、發(fā)射機(jī)以及接收機(jī)三個(gè)部分組成，并通過標(biāo)準(zhǔn)光收發(fā)機(jī)、專用望遠(yuǎn)鏡以及高功率放大器等設(shè)備來進(jìn)行輔助操作，促進(jìn)電與光之間的有效轉(zhuǎn)換。在無線光通信系統(tǒng)中，主要包含點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信以及網(wǎng)格狀通信，其中，每一端都設(shè)有專業(yè)的光接收機(jī)和光發(fā)射機(jī)，通過各設(shè)備的有效應(yīng)用，促進(jìn)了電信號(hào)的轉(zhuǎn)換形成，并對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的傳送，促進(jìn)無線光通信系統(tǒng)的形成和運(yùn)行。

圖1 無線光通信系統(tǒng)組成框圖

無線光通信系統(tǒng)主要包含發(fā)射和接收這兩部分，其系統(tǒng)組成框圖見圖1，可見激光器、調(diào)制器和光學(xué)發(fā)射天線組成了通信系統(tǒng)的發(fā)射部分，而光學(xué)接收天線、光電檢測(cè)器和電信號(hào)處理器組成了通信系統(tǒng)的接收部分。無線光通信系統(tǒng)中，透鏡構(gòu)成了發(fā)射天線和接收天線，發(fā)射天線能夠?qū)崿F(xiàn)小截面的激光束向大截面的激光束的轉(zhuǎn)變，以促進(jìn)接收天線調(diào)整方位并對(duì)無線光通信的信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的接收。相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究資料顯示，接收天線能夠?qū)⒋蠼孛娴募す馐鴧R聚成較小的光斑，促進(jìn)激光束本來面目的恢復(fù)。

1.2 調(diào)制方式

1.2.1 開關(guān)鍵控調(diào)制，簡(jiǎn)稱OOK，在數(shù)字無線光通信系統(tǒng)中，通常以脈沖直接強(qiáng)度來進(jìn)行調(diào)制，也就是說，主要通過發(fā)送信息的差異來對(duì)激光器的開與關(guān)進(jìn)行控制，以保證脈沖產(chǎn)生的合理性和有效性。

1.2.2 脈沖位置調(diào)制。單脈沖位置調(diào)制（L-PPM）是將一個(gè)二進(jìn)制的M位數(shù)據(jù)組映射為由L=2M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(hào)，每一時(shí)隙稱為切譜?？梢姡粋€(gè)L位的PPM調(diào)制信號(hào)傳送的信息比特為log2L。差分脈沖位置調(diào)制（DPPM）是一種在單脈沖PPM調(diào)制基礎(chǔ)上改進(jìn)的調(diào)制方式。前面提到，對(duì)于一個(gè)L-PPM符號(hào)，它的時(shí)隙數(shù)是固定的L位，其中一位為1，其它的位都為0，而L-DPPM的碼組位數(shù)是不定的，它是由一串低電平后跟一位高電平構(gòu)成。DPPM調(diào)制信號(hào)將PPM調(diào)制信號(hào)的1個(gè)碼組中高電平以后的信號(hào)全部去掉。

1.3 脈沖間隔調(diào)制。數(shù)字脈沖間隔調(diào)制（DPIM）與DPPM類似，在DPIM中符號(hào)長(zhǎng)度也是不固定的，并可分為無保護(hù)時(shí)隙和有保護(hù)時(shí)隙2種，有保護(hù)時(shí)隙的DPIM調(diào)制方式大多采用一個(gè)保護(hù)時(shí)隙，這樣能有效地減少碼間串?dāng)_的影響，該調(diào)制方式的符號(hào)Sk （ k為符號(hào)所表示的十進(jìn)制數(shù)）的時(shí)隙個(gè)數(shù)為k+2，脈沖在每個(gè)符號(hào)的起始時(shí)隙L，后加一個(gè)保護(hù)空時(shí)隙，再加上k個(gè)空時(shí)隙表示信息。當(dāng)接收端解調(diào)時(shí)，在判斷接收到脈沖時(shí)隙后，只需要數(shù)脈沖時(shí)隙后的空時(shí)隙個(gè)數(shù)，再減1就可以了。因此DPIM在接收端只需要時(shí)鐘同步而不需要符號(hào)同步，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

2 理想信道下的誤碼特性

假設(shè)無線光通信系統(tǒng)中信號(hào)傳輸?shù)男诺朗潜容^理想的，不存在多徑效應(yīng)，信號(hào)狀態(tài)比較穩(wěn)定，并在對(duì)光功率、光學(xué)信噪比以及接收信號(hào)概率等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算的基礎(chǔ)上，以理想的采樣時(shí)鐘和無限制系統(tǒng)帶寬為主要數(shù)據(jù)來進(jìn)行系統(tǒng)化分析，OOK、PPM以及PIM等調(diào)制方式的時(shí)隙誤碼率見表1。OOK、PPM、DPPM以及DPIM等調(diào)制方式包誤碼率與光學(xué)信噪比之間的變化情況如圖2 所示。

表1 時(shí)隙誤碼率

通過對(duì)圖3進(jìn)行觀察和分析可知，不同調(diào)制方案的平均光功率與帶寬需求之間存在著密切的聯(lián)系，功率需求會(huì)隨著M值得增大而降低，并且?guī)捫枨髸?huì)隨著增大。此種情況下表明，OOK方式具有一定的簡(jiǎn)單性，與其他調(diào)制方式相比，其帶寬相對(duì)較小，但是平均發(fā)射功率較高。而PPM方式的平均法身功率較小，其誤時(shí)隙率與OOK方式相比，明顯低于OOK。應(yīng)用PPM后進(jìn)行解調(diào)時(shí)，需要保持時(shí)鐘同步和符號(hào)同步，切實(shí)保證無線光通信系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行。DPIM方式的平均發(fā)射功率與誤時(shí)隙率都明顯高于PPM。就總體情況來看，不同的調(diào)制方式在實(shí)際應(yīng)用中都存在各自的優(yōu)勢(shì)和不足，那么在無線光通信系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，需要充分衡量帶寬利用率及通信系統(tǒng)的實(shí)際需求，最大程度上對(duì)誤時(shí)隙率進(jìn)行有效的控制，從而切實(shí)提高無線光通信系統(tǒng)的可靠性，提供無線光通信服務(wù)的質(zhì)量。

結(jié)束語

就無線光通信系統(tǒng)的實(shí)際情況來看，其具有良好的保密性、抗電磁干擾、組網(wǎng)便捷性以及傳輸容量大等優(yōu)勢(shì)，在城域網(wǎng)擴(kuò)展、寬帶網(wǎng)零公里接入、應(yīng)急通信以及保密通信等領(lǐng)域都得到了比較廣泛的應(yīng)用，在未來的通信市場(chǎng)發(fā)展中具有良好的應(yīng)用前景。通過對(duì)無線光通信調(diào)制方式性能進(jìn)行合理化分析，便于相關(guān)工作人員明確不同調(diào)制方式的利與弊，從而明確帶寬利用率，積極采取適宜的調(diào)制方式來維護(hù)無線光通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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