專利名稱：無線光通信系統(tǒng)雙脈沖間隔調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線光通信系統(tǒng)的調(diào)制方法，尤其涉及一種基于雙脈沖間隔調(diào)制符號(hào)結(jié)構(gòu)的 調(diào)制方法。
背景技術(shù)：
由于人眼安全和移動(dòng)裝置便攜性的要求，無線光通信的發(fā)射光功率受到很大限制。在噪 聲及信號(hào)平均功率一定情況下，要降低誤碼率就需要提高信號(hào)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(dāng)散彈噪聲為主要噪聲時(shí)，信噪比正比
于光電探測(cè)器的面積，所以實(shí)際中要盡可能選擇大的接收探測(cè)器。但探測(cè)器面積變大其電容 也變大，又限制了系統(tǒng)帶寬。因此，對(duì)調(diào)制方案的設(shè)計(jì)存在一個(gè)帶寬需求和功率需求平衡的 問題。
目前無線光通信系統(tǒng)普遍采用強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)(IM/DD)系統(tǒng)，可用的調(diào)制方式有很多 種，其中典型的三種方式為開關(guān)鍵控調(diào)制(On-OffKeying—OOK)，脈沖位置調(diào)制(Pulse Position Modulation—PPM)和數(shù)字脈沖間隔調(diào)制(Digital Pulse Interval Modulation—DPIM)。 三者比較結(jié)果，正如張凱2004年在《無線光通信雙幅度脈沖間隔調(diào)制研究及其在光波ETC 中的應(yīng)用》(張凱著，清華大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文，2004,8-15) —文中所述，OOK方式實(shí) 現(xiàn)簡(jiǎn)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(qiáng)， 但同時(shí)增加了帶寬需求和需要符號(hào)同步；DPIM不需要符號(hào)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(chǔ)，先后又有N.M.Aldibbiat在《無 線光通信系統(tǒng)雙頭脈沖間隔調(diào)制方法(Dual Header-Pulse Interval Modulation -DH-PIM)的性 會(huì)巨分豐斤》(Aldibbit， N.M.， Ghassemlooy, Z. and Mclaughlin, R.: Performance of Dual Header-Pulse Interval Modulation (DH-PIM) for optical wireless communication systems. http:Vsoe.inn.ac.uk/ocr/downloads/dh-pim-spie/DH-PIM—spie.pdf ) —文中提出了雙頭脈沖間隔 調(diào)制(DH-PIM)和張凱提出了雙幅度脈沖間隔調(diào)制(Dual-amplitude Pulse Interval Modulation DAPIM)。 DH-PIM和DAPIM具有內(nèi)置時(shí)隙和符號(hào)同步能力，進(jìn)一步提高了等寬效率和傳輸 容量，但是它們的符號(hào)長(zhǎng)度與DPIM—樣都是隨機(jī)變化的，連續(xù)多個(gè)符號(hào)都為短符號(hào)或長(zhǎng)符 號(hào)的情況將以一定的概率發(fā)生，解調(diào)時(shí)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(shí)現(xiàn)起來都比較困難。針對(duì)上述問題，2007年張鐵英等人在《無線光通信中的定長(zhǎng)數(shù)字脈沖間隔調(diào)制》(張鐵英、王紅星等著，中國激光，2007，第34巻， 第12期，1655-1656) —文中提出了一種定長(zhǎng)數(shù)字脈沖間隔調(diào)制(Fixed-Length Digital Pulse Interval Modulation FDPIM)方法，F(xiàn)DPIM方法雖然克服了緩沖器冗位或溢位等問題，而且解 決了符號(hào)同步問題，但同時(shí)存在符號(hào)長(zhǎng)度過長(zhǎng)等問題，并且?guī)捫枨笙鄬?duì)較高，平均發(fā)射功 率也沒有優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
1. 要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明的目的就是發(fā)明一種新的調(diào)制方法，該方法中，具有內(nèi)置的符號(hào)同步能力，可解 決解調(diào)時(shí)緩存器存在的冗位或溢位等問題，能適當(dāng)縮短符號(hào)長(zhǎng)度，提高帶寬效率和傳輸容量。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種新的無線光通信雙脈沖間隔調(diào)制(Dual Pulse-Pulse Interval Modulation-DP-PIM)方法。具體講就是該方法中的符號(hào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既要繼承DPIM、 DH-PIM和DAPIM具有內(nèi)置符號(hào)同步的能力和縮短符號(hào)長(zhǎng)度帶來的優(yōu)勢(shì)，又要解決DPIM、 DH-PIM和DAPIM共同存在的緩存器冗位和溢位等問題；既要繼承PPM固定符號(hào)長(zhǎng)度帶來 的優(yōu)勢(shì)，又要比PPM顯著提高帶寬效率和傳輸容量，同時(shí)能解決符號(hào)同步問題；另外，就是 與FDPIM相比，DP-PIM可明顯縮短符號(hào)長(zhǎng)度，極大提高帶寬效率和傳輸容量。
2. 技術(shù)方案
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
(1) 無線光通信雙脈沖間隔調(diào)制(Dual Pulse-Pulse Interval Modulation, DP-PIM)方法是 基于脈沖間隔傳輸信息的無線光通信調(diào)制方法，每個(gè)DP-PIM調(diào)制符號(hào)的結(jié)構(gòu)特征是 利用一個(gè)固定的起始脈沖和一個(gè)變化的標(biāo)識(shí)脈沖，以及起始脈沖與標(biāo)識(shí)脈沖之間的時(shí) 間間隔變化來表示所傳輸信息的不同，具體產(chǎn)生方法如下
① 將二進(jìn)制信息比特以組為單位進(jìn)行傳輸，每組所包含的二進(jìn)制比特個(gè)數(shù)用M表示；
② 將傳遞M比特的時(shí)間分成2M等份，每等份稱為一個(gè)時(shí)隙，每個(gè)DP-PIM符號(hào)中包
含的時(shí)隙個(gè)數(shù)固定，即符號(hào)長(zhǎng)度固定；
③ 每個(gè)DP-PIM符號(hào)中含有一個(gè)起始脈沖和一個(gè)標(biāo)識(shí)脈沖；
每個(gè)DP-PIM符號(hào)中起始脈沖固定始于第一個(gè)時(shí)隙，且幅度和寬度固定；
每個(gè)DP-PIM符號(hào)中標(biāo)識(shí)脈沖的位置(即標(biāo)識(shí)脈沖與其前面起始脈沖之間的距離) 和寬度，根據(jù)所傳遞M位二進(jìn)制信息比特?cái)?shù)組對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制值確定。
(2) 根據(jù)以上所述的方法，如果設(shè)M位二進(jìn)制信息比特?cái)?shù)組所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制值用k表示，
每個(gè)DP-PIM的符號(hào)長(zhǎng)度用Ls表示，每個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度用Ts表示，則DP-PIM的符號(hào)結(jié)構(gòu)具體定義如下
① 起始脈沖和標(biāo)識(shí)脈沖的幅度相同。
② 起始脈沖固定始于第一個(gè)時(shí)隙，且寬度為1個(gè)時(shí)隙。
③ 每個(gè)DP-PIM的符號(hào)長(zhǎng)度固定為L(zhǎng)s"2M-'+a)Ts。其中，cc為正整數(shù)。 一般取 0<aS2 o
④ 當(dāng)k〈2M—i時(shí)，對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)脈沖的寬度為cc/2個(gè)時(shí)隙，標(biāo)識(shí)脈沖和起始脈沖之間的時(shí) 間間隔為k個(gè)時(shí)隙；當(dāng)k^2M-'時(shí)，對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)脈沖的寬度為a個(gè)時(shí)隙，標(biāo)識(shí)脈沖和 起始脈沖之間的時(shí)間間隔為(k-2"-')個(gè)時(shí)隙。當(dāng)然，相反設(shè)定對(duì)應(yīng)的方式也可以。 如果設(shè)每個(gè)DP-PIM符號(hào)中標(biāo)識(shí)脈沖的起始位置為附，標(biāo)識(shí)脈沖的寬度為& ，則
以上可用公式表示如下
(m=k+2， Dp=0.5otTs or ocTs ; k<2M—'
|m=k+2—2M-、 Dp=aTsor 0.5aTs ;k22M-1
根據(jù)情況，標(biāo)識(shí)脈沖之后補(bǔ)充若干空時(shí)隙使每個(gè)DP-PIM的符號(hào)長(zhǎng)度固定不變。 (3)如果考慮避免脈沖發(fā)生粘連導(dǎo)致碼間串?dāng)_(ISI)，可分別在起始脈沖和標(biāo)識(shí)脈沖之后 加若干空時(shí)隙作為保護(hù)時(shí)隙。相應(yīng)地，DP-PIM的符號(hào)長(zhǎng)度也應(yīng)隨之增加。為了分析方 便，上述符號(hào)結(jié)構(gòu)定義和附圖中把保護(hù)時(shí)隙省略掉了。
3.有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果
(1) 本發(fā)明通過采用兩種脈沖表示信源比特，平均符號(hào)長(zhǎng)度相對(duì)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。(見說明書附圖l、圖2和圖3)
(2) 本發(fā)明具有固定的符號(hào)長(zhǎng)度，在解調(diào)時(shí)不存在緩存器的冗位或溢位等問題，比 DPIM和DH-PIM方式更易于工程實(shí)現(xiàn)。
(3) 本發(fā)明采用的起始脈沖具有內(nèi)置同步能力，與OOK和PPM相比顯著提高了符號(hào) 同步能力。(見說明書附圖l)
(4) 本發(fā)明不僅繼承了FDPIM方式的優(yōu)勢(shì)，而且較之縮短符號(hào)長(zhǎng)度逾一半，顯著提高 了帶寬利用率和傳輸容量。(見說明書附圖l、圖2和圖3)


圖1是DP-PIM調(diào)制符號(hào)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是OOK、 PPM、 DPIM、 FDPIM和DP-PIM的帶寬需求比較。
圖3是OOK、 PPM、 DPIM、 FDPIM和DP-PIM的傳輸容量比較。
圖l中為了便于比較還同時(shí)給出了相應(yīng)的OOK， PPM、 DPIM和FD-PIM的調(diào)制符號(hào)
結(jié)構(gòu)示意圖；因?yàn)镕DPIM的符號(hào)長(zhǎng)度過長(zhǎng)，按同等尺寸比例圖中未能給出&對(duì)應(yīng)的完整調(diào)制
符號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
無線光通信系統(tǒng)的調(diào)制方法屬于數(shù)字調(diào)制，也就是說，通過二進(jìn)制信息比特與離散光脈 沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)制，即通過把二進(jìn)制的信息比特?cái)?shù)組映射成離散的光脈沖進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳輸。無線光通信的通信時(shí)間被分為寬度相同的時(shí)間段，每一時(shí)間段稱為一個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí) 隙存在兩種狀態(tài)， 一種狀態(tài)是其上有光脈沖發(fā)送，稱為脈沖時(shí)隙，另一種狀態(tài)是沒有光脈沖 發(fā)送，稱為空時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙處于哪種狀態(tài)取決于所采用的調(diào)制符號(hào)結(jié)構(gòu)、調(diào)制參數(shù)以及所 傳輸?shù)亩M(jìn)制信息比特。
下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例
設(shè)計(jì)要求根據(jù)上述DP-PIM符號(hào)結(jié)構(gòu)的具體定義，起始脈沖和標(biāo)識(shí)脈沖的幅度相同， 如圖1所示。圖中設(shè)傳輸?shù)男畔⒃匆証 = 4比特為一組進(jìn)行傳輸。S,表示第一個(gè)字符所傳遞的
二進(jìn)制數(shù)組為0010，其相應(yīng)的十進(jìn)制值為k-2 。&表示第二個(gè)字符傳遞的二進(jìn)制數(shù)組為1010，
其相應(yīng)的十進(jìn)制值為k-io。 T^表示時(shí)隙寬度。Ls表示調(diào)制符號(hào)長(zhǎng)度。
設(shè)計(jì)分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求，DP-PIM的符號(hào)結(jié)構(gòu)需通過標(biāo)識(shí)脈沖寬度的變化以及起始脈
沖與標(biāo)識(shí)脈沖間距的變化來反映所傳遞信息的不同，具體實(shí)現(xiàn)過程如下
① 設(shè)起始脈沖1和3與標(biāo)識(shí)脈沖2和4的幅度相同。
② 設(shè)oc"，則每個(gè)DP-PIM符號(hào)長(zhǎng)度固定為9個(gè)時(shí)隙。起始脈沖1置于頭一個(gè)時(shí)隙，寬 度為1個(gè)時(shí)隙。
③ 因?yàn)?amp;所對(duì)應(yīng)的k-2〈8，所以第一個(gè)標(biāo)識(shí)脈沖2的寬度為1/2個(gè)時(shí)隙，它與第一個(gè)起
始脈沖1應(yīng)相隔2個(gè)時(shí)隙，即標(biāo)識(shí)脈沖2起始于第4個(gè)時(shí)隙，也就是說，第一個(gè)標(biāo)識(shí) 脈沖2占居第4個(gè)時(shí)隙的前半部分；最后補(bǔ)充5個(gè)半空時(shí)隙使每個(gè)DP-PIM字符的長(zhǎng) 度固定為9個(gè)時(shí)隙。因?yàn)?amp;所對(duì)應(yīng)的1^ = 10>8，所以第二個(gè)標(biāo)識(shí)脈沖4與第二個(gè)起始脈沖3相隔2個(gè)時(shí)隙，寬度為l個(gè)時(shí)隙；由于第二個(gè)起始脈沖3位于第IO個(gè)時(shí)隙位 置，則第二個(gè)標(biāo)識(shí)脈沖4應(yīng)始于并占滿第13個(gè)時(shí)隙，然后補(bǔ)充5個(gè)空時(shí)隙使DP-PM 字符的長(zhǎng)度固定為9個(gè)時(shí)隙。
權(quán)利要求
1.一種無線光通信系統(tǒng)雙脈沖間隔調(diào)制(Dual Pulse-Pulse Interval Modulation-DP-PIM)方法，是基于數(shù)字脈沖間隔傳輸信息的無線光通信調(diào)制方法，其特征是，每個(gè)DP-PIM調(diào)制符號(hào)結(jié)構(gòu)包括以下特征①將二進(jìn)制信息比特以組為單位進(jìn)行傳輸，每組包含的二進(jìn)制比特個(gè)數(shù)用M表示；②將傳遞M比特的時(shí)間分成2M個(gè)等份，每等份稱為一個(gè)時(shí)隙，每個(gè)DP-PIM符號(hào)中所包含的時(shí)隙個(gè)數(shù)固定，即符號(hào)長(zhǎng)度固定；③每個(gè)DP-PIM符號(hào)中含有一個(gè)起始脈沖和一個(gè)標(biāo)識(shí)脈沖；④每個(gè)DP-PIM符號(hào)中起始脈沖固定始于第一個(gè)時(shí)隙，且幅度和寬度固定；⑤每個(gè)DP-PIM符號(hào)中標(biāo)識(shí)脈沖的位置(即標(biāo)識(shí)脈沖與其前面起始脈沖之間的距離)和寬度，根據(jù)傳遞M位二進(jìn)制信息比特?cái)?shù)組所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制值確定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙脈沖間隔調(diào)制(DP-PIM)的符號(hào)結(jié)構(gòu)，其特征是，對(duì)所述的符號(hào)結(jié)構(gòu)按以下定義產(chǎn)生① 每個(gè)DP-PIM符號(hào)中起始脈沖固定始于第一個(gè)時(shí)隙，且幅度固定，寬度為l個(gè)時(shí)隙；② DP-PPM符號(hào)的長(zhǎng)度固定為(2^^+oc)個(gè)時(shí)隙，其中，oc為正整數(shù)， 一般0<0^2;(D標(biāo)識(shí)脈沖的幅度固定；④設(shè)M位二進(jìn)制信息比特組所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制值用k表示，當(dāng)k〈2M-l時(shí)，對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)脈沖的寬度為cc/2個(gè)時(shí)隙，標(biāo)識(shí)脈沖和起始脈沖之間的時(shí)間間隔為k個(gè)時(shí)隙；當(dāng)k^2M-l時(shí)，對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)脈沖的寬度為a個(gè)時(shí)隙，標(biāo)識(shí)脈沖和起始脈沖之間的時(shí)間間隔為(k-2M-"個(gè)時(shí)隙；當(dāng)然，相反設(shè)定對(duì)應(yīng)的方式也可以；◎根據(jù)情況，標(biāo)識(shí)脈沖之后加若干空時(shí)隙使每個(gè)DP-PIM符號(hào)長(zhǎng)度固定不變。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線光通信系統(tǒng)雙脈沖間隔調(diào)制(DP-PIM)方法，該方法基于數(shù)字脈沖間隔調(diào)制。本發(fā)明的調(diào)制符號(hào)結(jié)構(gòu)，具有固定的符號(hào)長(zhǎng)度，一個(gè)起始脈沖固定置于每個(gè)符號(hào)的首時(shí)隙，利用一個(gè)脈沖寬度二選一的標(biāo)識(shí)脈沖及其與起始脈沖的不同間距來表示所傳信息。本發(fā)明不僅繼承了PPM固定符號(hào)長(zhǎng)度帶來的優(yōu)勢(shì)，克服了DPIM、DH-PIM和DAPIM容易出現(xiàn)緩存器冗位和溢位等缺點(diǎn)，而且繼承了DPIM、DH-PIM和DAPIM縮短符號(hào)長(zhǎng)度帶來的優(yōu)勢(shì)，平均符號(hào)長(zhǎng)度相對(duì)于PPM減少近一半。同時(shí)還具有內(nèi)置符號(hào)同步能力。另外，本發(fā)明不僅繼承了FDPIM方式的優(yōu)勢(shì)，而且較之縮短符號(hào)長(zhǎng)度逾一半，顯著提高了帶寬利用率和傳輸容量。
文檔編號(hào)H04B14/02GK101494507SQ200910014608
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者孫曉明, 張鐵英, 王紅星, 剛 程 申請(qǐng)人:剛 程