1、第22卷第5期桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)JOURNAL OF GUILIN INSTITUTE OF ELECTRONIC TECHNOLOGY光通信中幾種調(diào)制方式的性能比較!龐志勇，樸大志，鄒傳云（桂林電子工業(yè)學(xué)院通信與信息工程系，廣西桂林541004）摘要：無(wú)線光通信有多種調(diào)制和解調(diào)方式：OOK 作為一種最早的調(diào)制方式易于實(shí)現(xiàn)而被廣泛應(yīng)用，但與PPM 相比，它的功率利用率不高；PPM 由于其功率利用率比較高而被廣泛采用于無(wú)線光通信中。DPPM 和DPIM 作為兩種典型的新興調(diào)制方式，由于它們的功率利用率和頻帶利用率都有較好的特性，有可能在未來(lái)代替PPM. 因此對(duì)用于無(wú)線光通信中的OOK ，PPM

2、 ，DPPM 和DPIM 幾種調(diào)制方式的功率利用率、頻帶利用率、傳輸容量以及抗碼間干擾的性能進(jìn)行了分析和比較。關(guān)鍵詞：無(wú)線光通信；OOK ；PPM ；DPPM ；DPIM 中圖分類號(hào)：TN761文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-7437（2002）05-01-04引言波長(zhǎng)在700-1500nm 范圍內(nèi)，大約200Thz 的帶寬可用作無(wú)線光通信，它可以實(shí)現(xiàn)室外點(diǎn)到點(diǎn)通信，也可用于室內(nèi)近距離無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)的連接。速率可達(dá)Gbit /S 的光纖通信的出現(xiàn)為無(wú)線光通信的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，然而光纖通信系統(tǒng)中良好的性能很大程度上歸功于光纖本身的特性，在無(wú)線光通信系統(tǒng)中那種低損耗的光傳播路徑已不復(fù)存在1。因此用

3、于無(wú)線光通信中的調(diào)制方式必須考慮無(wú)線光信道的傳輸要求。首先，對(duì)人眼安全的規(guī)定限制了無(wú)線光收發(fā)器的平均功率，而且用電池供電的便攜式無(wú)線光設(shè)備也要求功率損耗作得盡可能低，這樣，用于無(wú)線光通信中的調(diào)制方式的平均功率利用率要比較高。其次，漫射光收發(fā)器要求使用大面積的光檢測(cè)器，而大面積的光檢測(cè)器的高輸入電容將限制光接收機(jī)的帶寬，所以用于無(wú)線光通信中的調(diào)制方式的頻帶利用率也是一個(gè)需要考慮的重要因素2。除此以外，無(wú)線光通信雖然可以免受多徑衰落的影響，但是在通信速率比較高時(shí)，例如，在室內(nèi)紅外無(wú)線通信中，在漫射通信時(shí)當(dāng)速率大于10Mb /S 和在直射通信時(shí)速率大于100Mb /S 時(shí)我們必須考慮多徑彌散引起的I

4、SI （碼間干擾）對(duì)調(diào)制方式的影響。因此調(diào)制方式的抗碼間干擾性在無(wú)線光通信中也很重要3。本文將主要以無(wú)線光通信中的OOK ，PPM ，DPPM 和DPIM 為例，對(duì)它們的幾種性能，如功率利用率，頻帶利用率和它們的抗碼間干擾能力進(jìn)行分析和比較。1符號(hào)結(jié)構(gòu)OOK當(dāng)信源bit 率為R b 時(shí)，光發(fā)送器在間隔T =1/R b內(nèi)發(fā)送光脈沖p （t ）來(lái)表示“1”，而用不發(fā)光來(lái)表示“0”. 它所需的帶寬與脈沖寬度成反比，約為R b =1/T.PPM在一個(gè)L -PPM 的符號(hào)間隔T =Iog L2/R b 中，被分為L(zhǎng) 個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙的寬度為T /L ，當(dāng)Iog L2個(gè)信源bitS 到來(lái)時(shí)，光發(fā)送器僅在這

5、L 個(gè)時(shí)隙中的一個(gè)內(nèi)發(fā)送脈沖，而在其它時(shí)隙內(nèi)不發(fā)光。當(dāng)L 2時(shí)，任DPPM4!收稿日期：2002-06-19基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（69982004）作者簡(jiǎn)介：龐志勇（1975-），男，遼寧海城人，桂林電子工業(yè)學(xué)院通信與信息工程系碩士研究生，主要從事無(wú)線通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信等方面的研究.DPPM 是PPM 的一種簡(jiǎn)單改進(jìn)，從表1可以看出，只要把PPM 信號(hào)中的“1”時(shí)隙后面的“0”時(shí)隙去掉就可以得到相應(yīng)的DPPM 信號(hào)。從文獻(xiàn)2可知，DPPM 與PPM 相比，對(duì)符號(hào)級(jí)的同步?jīng)]有那么嚴(yán)格的要求，但更重要的是它可以提供更高的功率利用率和頻帶利用率。因?yàn)樵贒PPM 中，我們只是把“1”后

6、面多余的“0”去掉了，并沒(méi)有從本質(zhì)上影響它的差錯(cuò)率性能。如果對(duì)于固定的L ，由于L -DPPM 比相應(yīng)的L -PPM 的占空比高，因而它的平均功率利用率會(huì)比PPM 低，但如果對(duì)于固定的平均bit 率和固定的帶寬，我們可以在DPPM 中選用更高的L ，從而會(huì)得到更高的平均功率利用率。DPIM與DPPM 類似，在DPIM 中符號(hào)長(zhǎng)度也是不固定的，它用兩個(gè)連續(xù)的光脈沖間的相對(duì)距離（時(shí)隙數(shù)）來(lái)傳遞信息。DPIM 的每一個(gè)符號(hào)都是以“1”開(kāi)始，如表1所示，后面跟著長(zhǎng)度為K 的“0”，其中1! K ! L . 表1信源bit 和傳送符號(hào)間的一種映射信源bits OOK 4-PPM 4-DPPM110001

7、 0001 10000/ （硬判決）P DPIM NO （RP I （L +3）2Iog L 2/S （L +1）R b N 0）1/2）（硬判決）其中P I 為平均光功率，R 為光檢測(cè)器的靈敏度，N 0為白高斯噪聲的雙邊功率譜密度。從圖1中可以看到，當(dāng)L 固定且L $4時(shí)，PPM （硬判決），DPIM 和DPPM 的功率利用率都比OOK 的高，但略低于PPM （軟判決）.3頻帶利用率圖2中的計(jì)算是相對(duì)于OOK （NRZ （非歸零碼）的結(jié)果。當(dāng)信源bit 率為R b 時(shí)，若以功率譜的第一個(gè)零點(diǎn)計(jì)算，B OOK R b ，對(duì)與L -PPM ，它的帶寬大約與時(shí)隙寬度成反比：B L -PPM R b

8、 L /Iog L 2，而DPPM 和DPIM 的數(shù)據(jù)速率不像OOK 和PPM 那樣是固定的，因此，我們只能用基于平均符號(hào)率的平均bit 率來(lái)分析S ?？梢缘贸鏊鼈冎С忠欢ǖ腷it 率所需要的帶寬與它們的平均符號(hào)長(zhǎng)度有關(guān)，即B L -DPPM R b （L +1）/2Iog L2，B L -DPIM R b （L +3）/2Iog L 2. 2桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)2002年10月等：光通信中幾種調(diào)制方式的性能比較 或調(diào)制與編碼的結(jié)合，例如TCM 碼與PPM ，Turbo 碼與PPM 等，但MLSD 用于DPIM 的性能分析還未見(jiàn)文獻(xiàn)發(fā)表。6結(jié)束語(yǔ)OOK 是一種最容易實(shí)現(xiàn)的用于IM /DD 系統(tǒng)

9、的調(diào)制方式，因此在許多商用無(wú)線光通信系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，但這是以犧牲功率利用率為代價(jià)的。當(dāng)無(wú)線光信道中受到背景光的影響較大時(shí)，或者在高速無(wú)線光通信時(shí)，就需要選擇一種具有更高光功率利用率和頻帶利用率的調(diào)制方式。通過(guò)仿真分析可知，PPM 就是滿足這樣要求的一種調(diào)制方式。目前，PPM 已在高速紅外無(wú)線光通信、光纖通信等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。DPPM 和DPIM 作為兩種典型的新興調(diào)制方式與PPM 相比，具有更高的傳輸容量，不要求符號(hào)級(jí)同步，因此，DPPM 和DPIM 可以選用更高L 值，獲取更高的功率利用率，頻帶利用率，因而有可能代替PPM ，在高速無(wú)線光通信中得到廣泛應(yīng)用。DPPM 和DPIM 的

10、仿真分析，對(duì)它們?cè)跓o(wú)線光通信中應(yīng)用具有借鑒意義。參考文獻(xiàn)：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桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)2002年10月 光通信中幾種調(diào)制方式的性能比較作者：龐志勇， 樸大志， 鄒傳云作者單位：桂林電子工業(yè)學(xué)院,通信與信息工程系,廣西,桂林,541004刊名：桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)英文刊名：JOURNAL OF GUILIN INSTITUTE OF ELECTRONIC TECHNOLOGY年，卷(期：2002,22(5被引用次數(shù)：17次參考文獻(xiàn)(8條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外文會(huì)議 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本文讀者也讀過(guò)(9條1. 龐志勇. 樸大志. 鄒傳云 無(wú)線光通信中幾種調(diào)制方式的性能比較會(huì)議論文-20022. 汪井源. 張正線. Wang Jingyuan. Zhang Zhengxian 無(wú)線光通信中的PPM調(diào)制期刊論文-電訊技術(shù)2000,40(53. 李龍. 樊養(yǎng)余. 白勃. LI Long. FAN Yang-yu. BAI bo 無(wú)線光PPM+PWM的性能分析期刊論文-計(jì)算機(jī)仿真2008,25(124. 林志琦. 宋國(guó)明. 劉濤. 逄林. LIN Zhi-qi. SONG Guo-ming. LIU Tao. PANG Lin 車輛間大氣激光移動(dòng)通信調(diào)制方式研究期刊論文-光子學(xué)報(bào)2009,38(25. 劉曄. 汪井源. 耿常鎖. 徐智勇 無(wú)線光通信中改進(jìn)型多脈沖位置調(diào)制的性能研究會(huì)議論文-20086. 賈科軍. 王惠琴. 薛建彬. 曹明華 一種無(wú)線光DPPM調(diào)制符號(hào)同