光通信中几种调制方式

1、第22卷第5期桂林电子工业学院学报JOURNAL OF GUILIN INSTITUTE OF ELECTRONIC TECHNOLOGY光通信中几种调制方式的性能比较!庞志勇，朴大志，邹传云（桂林电子工业学院通信与信息工程系，广西桂林541004）摘要：无线光通信有多种调制和解调方式：OOK 作为一种最早的调制方式易于实现而被广泛应用，但与PPM 相比，它的功率利用率不高；PPM 由于其功率利用率比较高而被广泛采用于无线光通信中。DPPM 和DPIM 作为两种典型的新兴调制方式，由于它们的功率利用率和频带利用率都有较好的特性，有可能在未来代替PPM. 因此对用于无线光通信中的OOK ，PPM

2、 ，DPPM 和DPIM 几种调制方式的功率利用率、频带利用率、传输容量以及抗码间干扰的性能进行了分析和比较。关键词：无线光通信；OOK ；PPM ；DPPM ；DPIM 中图分类号：TN761文献标识码：A文章编号：1001-7437（2002）05-01-04引言波长在700-1500nm 范围内，大约200Thz 的带宽可用作无线光通信，它可以实现室外点到点通信，也可用于室内近距离无线局域网内的连接。速率可达Gbit /S 的光纤通信的出现为无线光通信的发展奠定了基础，然而光纤通信系统中良好的性能很大程度上归功于光纤本身的特性，在无线光通信系统中那种低损耗的光传播路径已不复存在1。因此用

3、于无线光通信中的调制方式必须考虑无线光信道的传输要求。首先，对人眼安全的规定限制了无线光收发器的平均功率，而且用电池供电的便携式无线光设备也要求功率损耗作得尽可能低，这样，用于无线光通信中的调制方式的平均功率利用率要比较高。其次，漫射光收发器要求使用大面积的光检测器，而大面积的光检测器的高输入电容将限制光接收机的带宽，所以用于无线光通信中的调制方式的频带利用率也是一个需要考虑的重要因素2。除此以外，无线光通信虽然可以免受多径衰落的影响，但是在通信速率比较高时，例如，在室内红外无线通信中，在漫射通信时当速率大于10Mb /S 和在直射通信时速率大于100Mb /S 时我们必须考虑多径弥散引起的I

4、SI （码间干扰）对调制方式的影响。因此调制方式的抗码间干扰性在无线光通信中也很重要3。本文将主要以无线光通信中的OOK ，PPM ，DPPM 和DPIM 为例，对它们的几种性能，如功率利用率，频带利用率和它们的抗码间干扰能力进行分析和比较。1符号结构OOK当信源bit 率为R b 时，光发送器在间隔T =1/R b内发送光脉冲p （t ）来表示“1”，而用不发光来表示“0”. 它所需的带宽与脉冲宽度成反比，约为R b =1/T.PPM在一个L -PPM 的符号间隔T =Iog L2/R b 中，被分为L 个时隙，每个时隙的宽度为T /L ，当Iog L2个信源bitS 到来时，光发送器仅在这

5、L 个时隙中的一个内发送脉冲，而在其它时隙内不发光。当L 2时，任DPPM4!收稿日期：2002-06-19基金项目：国家自然科学基金资助项目（69982004）作者简介：庞志勇（1975-），男，辽宁海城人，桂林电子工业学院通信与信息工程系硕士研究生，主要从事无线通信和计算机网络通信等方面的研究.DPPM 是PPM 的一种简单改进，从表1可以看出，只要把PPM 信号中的“1”时隙后面的“0”时隙去掉就可以得到相应的DPPM 信号。从文献2可知，DPPM 与PPM 相比，对符号级的同步没有那么严格的要求，但更重要的是它可以提供更高的功率利用率和频带利用率。因为在DPPM 中，我们只是把“1”后

6、面多余的“0”去掉了，并没有从本质上影响它的差错率性能。如果对于固定的L ，由于L -DPPM 比相应的L -PPM 的占空比高，因而它的平均功率利用率会比PPM 低，但如果对于固定的平均bit 率和固定的带宽，我们可以在DPPM 中选用更高的L ，从而会得到更高的平均功率利用率。DPIM与DPPM 类似，在DPIM 中符号长度也是不固定的，它用两个连续的光脉冲间的相对距离（时隙数）来传递信息。DPIM 的每一个符号都是以“1”开始，如表1所示，后面跟着长度为K 的“0”，其中1! K ! L . 表1信源bit 和传送符号间的一种映射信源bits OOK 4-PPM 4-DPPM110001

7、 0001 10000/ （硬判决）P DPIM NO （RP I （L +3）2Iog L 2/S （L +1）R b N 0）1/2）（硬判决）其中P I 为平均光功率，R 为光检测器的灵敏度，N 0为白高斯噪声的双边功率谱密度。从图1中可以看到，当L 固定且L $4时，PPM （硬判决），DPIM 和DPPM 的功率利用率都比OOK 的高，但略低于PPM （软判决）.3频带利用率图2中的计算是相对于OOK （NRZ （非归零码）的结果。当信源bit 率为R b 时，若以功率谱的第一个零点计算，B OOK R b ，对与L -PPM ，它的带宽大约与时隙宽度成反比：B L -PPM R b

8、 L /Iog L 2，而DPPM 和DPIM 的数据速率不像OOK 和PPM 那样是固定的，因此，我们只能用基于平均符号率的平均bit 率来分析S 。可以得出它们支持一定的bit 率所需要的带宽与它们的平均符号长度有关，即B L -DPPM R b （L +1）/2Iog L2，B L -DPIM R b （L +3）/2Iog L 2. 2桂林电子工业学院学报2002年10月等：光通信中几种调制方式的性能比较 或调制与编码的结合，例如TCM 码与PPM ，Turbo 码与PPM 等，但MLSD 用于DPIM 的性能分析还未见文献发表。6结束语OOK 是一种最容易实现的用于IM /DD 系统

9、的调制方式，因此在许多商用无线光通信系统中得到了应用，但这是以牺牲功率利用率为代价的。当无线光信道中受到背景光的影响较大时，或者在高速无线光通信时，就需要选择一种具有更高光功率利用率和频带利用率的调制方式。通过仿真分析可知，PPM 就是满足这样要求的一种调制方式。目前，PPM 已在高速红外无线光通信、光纤通信等许多领域得到了广泛应用。DPPM 和DPIM 作为两种典型的新兴调制方式与PPM 相比，具有更高的传输容量，不要求符号级同步，因此，DPPM 和DPIM 可以选用更高L 值，获取更高的功率利用率，频带利用率，因而有可能代替PPM ，在高速无线光通信中得到广泛应用。DPPM 和DPIM 的

10、仿真分析，对它们在无线光通信中应用具有借鉴意义。参考文献：1David J T ，et aI. OpticaI wireIess ：the story so far J . IEEE Communica-tion Magazine.1998，12：72-82. 2GhassemIooy Z and Hayes A R. DigitaI puIse intervaI moduIation for op-ticaI communications J . IEEE Communication Magazine ，1998，12：95-99.3Kahn J M ，et aI. ExperimentaI

11、 characterization of nondirected indoor in-frared channeIsJ . IEEE Trans. Commun. ，1996，43（2）：1613-1623. 4Shiu Da-shan and M Kahn. DifferentiaI puIse-position moduIation forpower-efficient opticaI communication J . IEEE Trans. Commu ，1999，47（8）：1201-1209.5JinIong Zhang. ModuIation anaIysis for outdo

12、ors appIications of opticaIwireIess communicationsJ . Communication TechnoIogy Proceedings ，WCC-ICCT 2000. InternationaI Conference on ，2000，2（2）：1483-1487.6GhassemIooy Z ，et aI. DigitaI puIse intervaI and with moduIation for opti-caI fiber communicationJ . Proc. SPIE ，1995，2：60-68. 7Carruthers J B

13、，et aI. ModeIing of nondirected wireIess infrared channeIs.IEEE Trans. Commu. ，1997，45（10）：1260-1268. 8Kahn J M and Barry J R. WireIess infrared communications J . Proceed-ings of the IEEE ，1997，85（2）：265-298.Performance Comparisons of Several Modulation Schemesfor Optical Wireless CommunicationPANC

14、 Zhi-yong ，PIAO Da-zhi ，ZOU Chuan-yun（Dept. of Communication and Information Engineering ，GuiIin 541004，China ）Abstract ：There are many moduIation methods suitabIe for opticaI wireIess communication. OOK ，the earIiest moduIationscheme ，was wideIy used for its simpIicity ，but compared with PPM its po

15、wer efficiency is Iower. PPM has hence repIaced OOK and been adopted wideIy in opticaI wireIess communication for its high average-power-efficiency. DPPM and DPIM are two new moduIation methods for opticaI wireIess communication ，which may be the substitutes of PPM because of their better performanc

16、e in power efficiency and bandwidth efficiency. The performance of the moduIation schemes （OOK ，PPM ，DPPM and DPIM ）are anaIyzed and comparison of their power efficiency ，bandwidth efficiency ，transmission capacity and their resis-tance to ISI is aIso made in this paper.Key words ：opticaI wireIess c

17、ommunication ，OOK ，PPM ，DPPM ，DPIM4桂林电子工业学院学报2002年10月 光通信中几种调制方式的性能比较作者：庞志勇， 朴大志， 邹传云作者单位：桂林电子工业学院,通信与信息工程系,广西,桂林,541004刊名：桂林电子工业学院学报英文刊名：JOURNAL OF GUILIN INSTITUTE OF ELECTRONIC TECHNOLOGY年，卷(期：2002,22(5被引用次数：17次参考文献(8条1. Kahn J M;Barry J R Wireless infrared communications外文期刊 1997(022. Carruthers

18、 J B Modeling of nondirected wireless infrared channels外文期刊 1997(103. Ghassemlooy Z Digital pulse interval and with modulation for optical fiber communication外文期刊19954. Jinlong Zhang Modulation analysis for outdoors applications of optical wireless communications外文会议 2000(025. Shiu Da-shan;M Kahn Di

19、fferential pulse-position modulation for power-efficient optical communication外文期刊 1999(086. Kahn J M Experimental characterization of nondirected indoor infrared channels外文期刊 1996(027. Ghassemlooy Z;Hayes A R Digital pulse interval modulation for optical communications外文期刊 19988. David J T Optical

20、wireless: the story so far外文期刊 1998本文读者也读过(9条1. 庞志勇. 朴大志. 邹传云 无线光通信中几种调制方式的性能比较会议论文-20022. 汪井源. 张正线. Wang Jingyuan. Zhang Zhengxian 无线光通信中的PPM调制期刊论文-电讯技术2000,40(53. 李龙. 樊养余. 白勃. LI Long. FAN Yang-yu. BAI bo 无线光PPM+PWM的性能分析期刊论文-计算机仿真2008,25(124. 林志琦. 宋国明. 刘涛. 逄林. LIN Zhi-qi. SONG Guo-ming. LIU Tao. PANG Lin 车辆间大气激光移动通信调制方式研究期刊论文-光子学报2009,38(25. 刘晔. 汪井源. 耿常锁. 徐智勇 无线光通信中改进型多脉冲位置调制的性能研究会议论文-20086. 贾科军. 王惠琴. 薛建彬. 曹明华 一种无线光DPPM调制符号同