專利名稱：無線光通信系統定長雙幅度脈沖間隔調制方法
技術領域：
本發明涉及一種無線光通信系統的調制方法，尤其是涉及一種數字脈沖調制技術的方法。
背景技術：
由于人眼安全和移動裝置便攜性的要求，無線光通信的發射光功率受到很大限制。在噪 聲及信號平均功率一定情況下，要降低誤碼率就需要提高信號峰值功率和平均功率的比值， 而功率效率的提高通常是通過增大帶寬需求而獲得。當散彈噪聲為主要噪聲時，信噪比正比
于光電探測器的面積，所以實際中要盡可能選擇大的接收探測器。但探測器面積變大其電容 也變大，又限制了系統帶寬。因此，對調制方案的設計存在一個帶寬需求和功率需求平衡的 問題。
目前無線光通信系統普遍采用強度調制/直接檢測(IM/DD)系統，可用的調制方式有很多 種，其中典型的三種方式為開關鍵控調制(On-Off Keying—OOK)，脈沖位置調制(Pulse Position Modulation—PPM)和數字脈沖間隔調制(Digital Pulse Interval Modulation—DPIM)。 三者比較，OOK方式實現簡單，但功率利用率太低，而且抗干擾能力差；PPM的功率利用 率最高，抗干擾能力強，但同時增加了帶寬需求和需要符號同步；DPIM不需要符號同步， 帶寬效率高，比OOK功率效率高，近年來引起了人們的深入研究。后來以DPIM為基礎， 先后又出現了雙頭脈沖間隔調制(DH-PIM)(Aldibbit, N.M., Ghassemlooy, Z. and Mclaughlin, R. Performance of Dual Header-Pulse Interval Modulation (DH-PIM) for optical wireless communication systems[JOL]. http:〃soe.inn.ac.uk/ocr/downloads/dh-pim-spie/DH-PIM—spie.pdf ) 和雙幅度脈沖間隔調制(Dual-amplitude Pulse Interval Modulation—DAPIM)(張凱.無線光通 信雙幅度脈沖間隔調制研究及其在光波ETC中的應用[D].北京清華大學工學博士學位論 文，2004,8-15)。 DH-PIM和DAPIM具有內置時隙和符號同步能力，進一步提高了帶寬效率和 傳輸容量，但是它們的符號長度與DPIM —樣都是隨機變化的，連續多個符號都為短符號或 長符號的情況將以一定的概率發生，解調時容易造成緩存器的冗位(underflow)或溢位 (overflow),難以保證通信的可靠性，工程實現起來都比較困難。針對上述問題，2007年張 鐵英等人提出了一種定長數字脈沖間隔調制(張鐵英、王紅星等，無線光通信中的定長數字 脈沖間隔調制[J].中國激光，2007，第34巻，第12期，1655-1656)，其方法是利用一個固 定的起始脈沖和一個位置變化的標識脈沖反映傳遞信息的不同，不足之處是符號長度過長， 帶寬需求相對較高，而且平均發射功率也沒有優勢。
發明內容
本發明的目的是適當縮短符號長度，提高帶寬效率和傳輸容量，并解決解調時緩存器可 能存在的冗位或溢位等問題，同時具有內置符號同步能力。
為了實現上述目的，本發明克服了現有技術的缺點，提出了一種新的無線光通信系統定 長雙幅度脈沖間隔調制(Fixed Length Dual amplitude-Pulse Interval Modulation—FLDA-PIM) 方法。該方法基于FLDA-PIM的調制符號結構設計，通過采用固定的符號長度，克服了 DPIM、 DH-PIM和DAPIM出現的緩存器冗位和溢位等問題;通過設置起始脈沖，具備了 OOK和PPM 方式所沒有的內置符號同步能力；通過采用兩種幅度的標識脈沖，符號長度較PPM縮短近一 半，較FDPIM縮短逾一半，顯著提高了帶寬效率和傳輸容量。
為了解決上述技術問題，本發明具體通過以下技術方案實現
① 將二進制信息比特流以組為單位進行傳輸，每組所包含的二進制比特個數用M表示， M比特二進制數組所對應的十進制值用k表示。
② 將傳遞M比特的時間分成2M等份，每等份稱為一個時隙，每個時隙的長度用Ts表示；
每個FLDA-PIM符號中包含的時隙個數固定，即符號長度固定，用Ls表示。 ◎每個FLDA-PIM符號中起始脈沖固定始于第一個時隙，且幅度和寬度固定。設起始脈 沖的幅度用A表示，寬度為ctTs。其中ooO，我們稱之為脈沖寬度指數， 一般取cc^。
每個FLDA-PIM符號中有一個標識脈沖，標識脈沖的寬度為YTs(y > 0), —般取y = 1 。 ◎標識脈沖的幅度及其與前面起始脈沖的時間間隔，根據k值按下述方法確定當
k<2M->時，標識脈沖的幅度為(3A，標識脈沖和起始脈沖之間的時間間隔為k個時隙。
其中，p>0，我們稱之為脈沖幅度指數， 一般取P-1。當k》2M-'時，標識脈沖的幅度 為(1 + P)A,標識脈沖和起始脈沖之間的時間間隔為(k-2M-。個時隙。當然，相反設定 對應的方式也可以。如果設每個FLDA-PIM符號中第/w個時隙為標識脈沖的起始位置， DH為標識脈沖的幅度，則以上可用公式表示如下
Jm=k+a+l， DH=PAor (l + p)A; k<2M_1 (l)
lm=k+a+l—2M_1， DH=(l + p)A or (3A ;k^2M-1
根據情況，標識脈沖之后補充若干空時隙使每個FLDA-PIM的符號長度保持固定。
⑦ 每個FLDA-PIM的符號長度固定為Ls :(2M-1 + a + Y-1) Ts 。
⑧ 如果考慮脈沖可能發生粘連而導致碼間串擾，可分別在起始脈沖和標識脈沖之后加若干空時隙作為保護時隙以避之，相應地，FLDA-PIM符號的長度Ls也應隨之增加。為 了便于分析，本方案和附圖中均省略了保護時隙。 與現有技術相比，本發明具有如下有益效果
① 本發明通過采用兩種形式的脈沖，使其平均符號長度相對于PPM減少近一半，帶寬 利用率和傳輸容量比PPM得到了顯著提高(圖l、圖2和圖3)
② 本發明具有固定的符號長度，在解調時不存在緩存器的冗位或溢位等問題，比DPIM、 DH-PIM和DAPIM方式更易于工程實現。
③ 本發明采用具有內置同步能力的起始脈沖，與OOK和PPM相比顯著提高了符號同 步能力(圖1)。
本發明不僅繼承了 FDPIM方式的優勢，而且較之縮短符號長度逾一半，顯著提高了 帶寬利用率和傳輸容量(圖l、圖2和圖3)。
圖1是FLDA-PIM調制符號的結構示意圖。
圖2是OOK、 PPM、 DPIM、 FDPIM和FLDA-PIM的帶寬需求比較。 圖3是OOK、 PPM、 DPIM、 FDPIM和FLDA-PIM的傳輸容量比較。 圖1中S,表示第一個字符以M:4比特傳遞二進制數組0010， 52表示第二個字符以
M二4比特傳遞二進制數組1010， Tb表示每比特寬度，Ts表示每時隙寬度，Ls表示每符號長
度，l表示第一個起始脈沖，2表示第一個標識脈沖，3表示第二個起始脈沖，4表示第二個
標識脈沖。
具體實施例方式
下面結合說明書附圖和實施例對本發明作進一步詳細描述。 實施例
設計要求構建FLDA-PIM調制符號，通過標識脈沖幅度的變化以及起始脈沖與標識脈 沖間距的變化傳遞不同的二進制信息。
設計分析根據設計要求，參照上述技術方案，FLDA-PIM中每個符號的長度固定，且 含有一個起始脈沖和一個標識脈沖。其中，起始脈沖固定始于頭一個時隙，且寬度和幅度固 定；標識脈沖的寬度固定、但幅度和位置須根據所傳遞二進制數組對應的十進制值來確定， 如圖1所示，具體實施過程如下
①將二進制信源以M-4比特為一組進行傳輸。其中，S,表示第一個字符傳遞的二進制數組為0010，其相應的十進制值為1^2; S2表示第二個字符傳遞的二進制數組為 1010，其相應的十進制值為k-10。
② 將M:4比特的時間分成16等份，每等份稱為一個時隙，用Ts表示每個時隙寬度。設
每比特的時間寬度為Tb，則T廣^T「丄Tb。每個FLDA-PIM符號所包含的時隙個數
2 4
固定，即符號長度固定，用Ls表示。
③ 設起始脈沖1和3與標識脈沖2和4的寬度相同，均為1個時隙，即《 = 7 = 1，則每 個FLDA-PIM符號的長度固定為Ls = (2M-1 + a + y -1) Ts = 9TS 。
將第一個起始脈沖1置于頭一個時隙，幅度為A。
因為^所對應的k-2〈8，且一般取P-1，所以第一個標識脈沖2的幅度為l3AzA，它
與第一個起始脈沖1應相隔2個時隙，也就是說，第一個標識脈沖2占居第4個時隙； 由于每個FLDA-PIM字符的長度固定為9個時隙，因此標識脈沖2之后需補充5個空 時隙，使整個符號長度固定保持9個時隙不變。
⑥ 將第二個起始脈沖3置于第10個時隙，幅度為A不變。
⑦ 因為&所對應的k-l(^8，所以第二個標識脈沖4的幅度為(l + p)A:2A，第二個標識
脈沖4與第二個起始脈沖3應相隔2個時隙，即第二個標識脈沖4應置于第13個時 隙，然后補充5個空時隙使FLDA-PIM字符的長度保持固定為9個時隙。
權利要求
1. 一種無線光通信系統定長雙幅度脈沖間隔調制方法，是基于數字脈沖調制技術的方法，其特征是每個調制符號的長度固定，含有一個起始脈沖和一個標識脈沖，起始脈沖固定始于第一個時隙，且幅度和寬度固定；標識脈沖的寬度固定，但幅度和位置根據傳遞M位二進制信息比特數組所對應的十進制值k來確定。
2. 根據權利要求1所述的無線光通信系統定長雙幅度脈沖間隔調制方法，其特征是，所述 的起始脈沖的寬度為aTs (oc > 0)， 一般取oc = 1 ;標識脈沖的寬度為/Ts (Y > 0)， 一般取Y = 1 ，其中Ts為每時隙寬度。
3. 根據權利要求1所述的無線光通信系統定長雙幅度脈沖間隔調制方法，其特征是，所述 的標識脈沖的幅度和位置根據k值按以下方法確定當k〈2^時，對應標識脈沖的幅度為PA((3>0)，標識脈沖和起始脈沖之間的時間間隔為k個時隙；當k^M"時，對應標識脈沖 的幅度為(1 + P)A，標識脈沖和起始脈沖之間的時間間隔為(k-2M-"個時隙；當然，上述設 定相反的對應方式也可以，其中，A為起始脈沖的幅度， 一般P取值為1。
全文摘要
本發明公開了一種無線光通信系統定長雙幅度脈沖間隔調制方法。本發明中每個調制符號的長度固定，含有一個起始脈沖和一個標識脈沖；起始脈沖固定始于第一個時隙，幅度和寬度固定；標識脈沖的寬度固定，但幅度和位置須根據傳遞M位二進制信息比特數組所對應的十進制值k來確定。本發明能夠縮短符號長度，提高帶寬效率和傳輸容量，并解決解調時緩存器可能存在的冗位或溢位等問題，同時還具備了內置符號同步的能力。
文檔編號H04B14/02GK101534157SQ20091001999
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月7日 優先權日2009年4月7日
發明者劉錫國, 王紅星, 剛 程, 趙志勇 申請人:剛 程