专利名称：无线光通信系统定长双幅度脉冲间隔调制方法
技术领域：
本发明涉及一种无线光通信系统的调制方法，尤其是涉及一种数字脉冲调制技术的方法。
背景技术：
由于人眼安全和移动装置便携性的要求，无线光通信的发射光功率受到很大限制。在噪 声及信号平均功率一定情况下，要降低误码率就需要提高信号峰值功率和平均功率的比值， 而功率效率的提高通常是通过增大带宽需求而获得。当散弹噪声为主要噪声时，信噪比正比
于光电探测器的面积，所以实际中要尽可能选择大的接收探测器。但探测器面积变大其电容 也变大，又限制了系统带宽。因此，对调制方案的设计存在一个带宽需求和功率需求平衡的 问题。
目前无线光通信系统普遍采用强度调制/直接检测(IM/DD)系统，可用的调制方式有很多 种，其中典型的三种方式为开关键控调制(On-Off Keying—OOK)，脉冲位置调制(Pulse Position Modulation—PPM)和数字脉冲间隔调制(Digital Pulse Interval Modulation—DPIM)。 三者比较，OOK方式实现简单，但功率利用率太低，而且抗干扰能力差；PPM的功率利用 率最高，抗干扰能力强，但同时增加了带宽需求和需要符号同步；DPIM不需要符号同步， 带宽效率高，比OOK功率效率高，近年来引起了人们的深入研究。后来以DPIM为基础， 先后又出现了双头脉冲间隔调制(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 ) 和双幅度脉冲间隔调制(Dual-amplitude Pulse Interval Modulation—DAPIM)(张凯.无线光通 信双幅度脉冲间隔调制研究及其在光波ETC中的应用[D].北京清华大学工学博士学位论 文，2004,8-15)。 DH-PIM和DAPIM具有内置时隙和符号同步能力，进一步提高了带宽效率和 传输容量，但是它们的符号长度与DPIM —样都是随机变化的，连续多个符号都为短符号或 长符号的情况将以一定的概率发生，解调时容易造成缓存器的冗位(underflow)或溢位 (overflow),难以保证通信的可靠性，工程实现起来都比较困难。针对上述问题，2007年张 铁英等人提出了一种定长数字脉冲间隔调制(张铁英、王红星等，无线光通信中的定长数字 脉冲间隔调制[J].中国激光，2007，第34巻，第12期，1655-1656)，其方法是利用一个固 定的起始脉冲和一个位置变化的标识脉冲反映传递信息的不同，不足之处是符号长度过长， 带宽需求相对较高，而且平均发射功率也没有优势。
发明内容
本发明的目的是适当縮短符号长度，提高带宽效率和传输容量，并解决解调时缓存器可 能存在的冗位或溢位等问题，同时具有内置符号同步能力。
为了实现上述目的，本发明克服了现有技术的缺点，提出了一种新的无线光通信系统定 长双幅度脉冲间隔调制(Fixed Length Dual amplitude-Pulse Interval Modulation—FLDA-PIM) 方法。该方法基于FLDA-PIM的调制符号结构设计，通过采用固定的符号长度，克服了 DPIM、 DH-PIM和DAPIM出现的缓存器冗位和溢位等问题;通过设置起始脉冲，具备了 OOK和PPM 方式所没有的内置符号同步能力；通过采用两种幅度的标识脉冲，符号长度较PPM縮短近一 半，较FDPIM縮短逾一半，显著提高了带宽效率和传输容量。
为了解决上述技术问题，本发明具体通过以下技术方案实现
① 将二进制信息比特流以组为单位进行传输，每组所包含的二进制比特个数用M表示， M比特二进制数组所对应的十进制值用k表示。
② 将传递M比特的时间分成2M等份，每等份称为一个时隙，每个时隙的长度用Ts表示；
每个FLDA-PIM符号中包含的时隙个数固定，即符号长度固定，用Ls表示。 ◎每个FLDA-PIM符号中起始脉冲固定始于第一个时隙，且幅度和宽度固定。设起始脉 冲的幅度用A表示，宽度为ctTs。其中ooO，我们称之为脉冲宽度指数， 一般取cc^。
每个FLDA-PIM符号中有一个标识脉冲，标识脉冲的宽度为YTs(y > 0), —般取y = 1 。 ◎标识脉冲的幅度及其与前面起始脉冲的时间间隔，根据k值按下述方法确定当
k<2M->时，标识脉冲的幅度为(3A，标识脉冲和起始脉冲之间的时间间隔为k个时隙。
其中，p>0，我们称之为脉冲幅度指数， 一般取P-1。当k》2M-'时，标识脉冲的幅度 为(1 + P)A,标识脉冲和起始脉冲之间的时间间隔为(k-2M-。个时隙。当然，相反设定 对应的方式也可以。如果设每个FLDA-PIM符号中第/w个时隙为标识脉冲的起始位置， DH为标识脉冲的幅度，则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
根据情况，标识脉冲之后补充若干空时隙使每个FLDA-PIM的符号长度保持固定。
⑦ 每个FLDA-PIM的符号长度固定为Ls :(2M-1 + a + Y-1) Ts 。
⑧ 如果考虑脉冲可能发生粘连而导致码间串扰，可分别在起始脉冲和标识脉冲之后加若干空时隙作为保护时隙以避之，相应地，FLDA-PIM符号的长度Ls也应随之增加。为 了便于分析，本方案和附图中均省略了保护时隙。 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果
① 本发明通过采用两种形式的脉冲，使其平均符号长度相对于PPM减少近一半，带宽 利用率和传输容量比PPM得到了显著提高(图l、图2和图3)
② 本发明具有固定的符号长度，在解调时不存在缓存器的冗位或溢位等问题，比DPIM、 DH-PIM和DAPIM方式更易于工程实现。
③ 本发明采用具有内置同步能力的起始脉冲，与OOK和PPM相比显著提高了符号同 步能力(图1)。
本发明不仅继承了 FDPIM方式的优势，而且较之縮短符号长度逾一半，显著提高了 带宽利用率和传输容量(图l、图2和图3)。
图1是FLDA-PIM调制符号的结构示意图。
图2是OOK、 PPM、 DPIM、 FDPIM和FLDA-PIM的带宽需求比较。 图3是OOK、 PPM、 DPIM、 FDPIM和FLDA-PIM的传输容量比较。 图1中S,表示第一个字符以M:4比特传递二进制数组0010， 52表示第二个字符以
M二4比特传递二进制数组1010， Tb表示每比特宽度，Ts表示每时隙宽度，Ls表示每符号长
度，l表示第一个起始脉冲，2表示第一个标识脉冲，3表示第二个起始脉冲，4表示第二个
标识脉冲。
具体实施例方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步详细描述。 实施例
设计要求构建FLDA-PIM调制符号，通过标识脉冲幅度的变化以及起始脉冲与标识脉 冲间距的变化传递不同的二进制信息。
设计分析根据设计要求，参照上述技术方案，FLDA-PIM中每个符号的长度固定，且 含有一个起始脉冲和一个标识脉冲。其中，起始脉冲固定始于头一个时隙，且宽度和幅度固 定；标识脉冲的宽度固定、但幅度和位置须根据所传递二进制数组对应的十进制值来确定， 如图1所示，具体实施过程如下
①将二进制信源以M-4比特为一组进行传输。其中，S,表示第一个字符传递的二进制数组为0010，其相应的十进制值为1^2; S2表示第二个字符传递的二进制数组为 1010，其相应的十进制值为k-10。
② 将M:4比特的时间分成16等份，每等份称为一个时隙，用Ts表示每个时隙宽度。设
每比特的时间宽度为Tb，则T广^T「丄Tb。每个FLDA-PIM符号所包含的时隙个数
2 4
固定，即符号长度固定，用Ls表示。
③ 设起始脉冲1和3与标识脉冲2和4的宽度相同，均为1个时隙，即《 = 7 = 1，则每 个FLDA-PIM符号的长度固定为Ls = (2M-1 + a + y -1) Ts = 9TS 。
将第一个起始脉冲1置于头一个时隙，幅度为A。
因为^所对应的k-2〈8，且一般取P-1，所以第一个标识脉冲2的幅度为l3AzA，它
与第一个起始脉冲1应相隔2个时隙，也就是说，第一个标识脉冲2占居第4个时隙； 由于每个FLDA-PIM字符的长度固定为9个时隙，因此标识脉冲2之后需补充5个空 时隙，使整个符号长度固定保持9个时隙不变。
⑥ 将第二个起始脉冲3置于第10个时隙，幅度为A不变。
⑦ 因为&所对应的k-l(^8，所以第二个标识脉冲4的幅度为(l + p)A:2A，第二个标识
脉冲4与第二个起始脉冲3应相隔2个时隙，即第二个标识脉冲4应置于第13个时 隙，然后补充5个空时隙使FLDA-PIM字符的长度保持固定为9个时隙。
权利要求
1. 一种无线光通信系统定长双幅度脉冲间隔调制方法，是基于数字脉冲调制技术的方法，其特征是每个调制符号的长度固定，含有一个起始脉冲和一个标识脉冲，起始脉冲固定始于第一个时隙，且幅度和宽度固定；标识脉冲的宽度固定，但幅度和位置根据传递M位二进制信息比特数组所对应的十进制值k来确定。
2. 根据权利要求1所述的无线光通信系统定长双幅度脉冲间隔调制方法，其特征是，所述 的起始脉冲的宽度为aTs (oc > 0)， 一般取oc = 1 ;标识脉冲的宽度为/Ts (Y > 0)， 一般取Y = 1 ，其中Ts为每时隙宽度。
3. 根据权利要求1所述的无线光通信系统定长双幅度脉冲间隔调制方法，其特征是，所述 的标识脉冲的幅度和位置根据k值按以下方法确定当k〈2^时，对应标识脉冲的幅度为PA((3>0)，标识脉冲和起始脉冲之间的时间间隔为k个时隙；当k^M"时，对应标识脉冲 的幅度为(1 + P)A，标识脉冲和起始脉冲之间的时间间隔为(k-2M-"个时隙；当然，上述设 定相反的对应方式也可以，其中，A为起始脉冲的幅度， 一般P取值为1。
全文摘要
本发明公开了一种无线光通信系统定长双幅度脉冲间隔调制方法。本发明中每个调制符号的长度固定，含有一个起始脉冲和一个标识脉冲；起始脉冲固定始于第一个时隙，幅度和宽度固定；标识脉冲的宽度固定，但幅度和位置须根据传递M位二进制信息比特数组所对应的十进制值k来确定。本发明能够缩短符号长度，提高带宽效率和传输容量，并解决解调时缓存器可能存在的冗位或溢位等问题，同时还具备了内置符号同步的能力。
文档编号H04B14/02GK101534157SQ20091001999
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者刘锡国, 王红星, 刚 程, 赵志勇 申请人:刚 程