无线光通信中几种调制方式性能比较.pdf

中国计算机学会第 仪届网络与数据通信学术会议 华中师范大学2002年 12月2-4日 无线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:有多种调制和解调方式可用于无线光通信。OOK作为一种最早的调制方式，由于其易 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，而有可能在未来代替PPM，因此我们对用于无线光 通信中的几种调制方式:OOK,PPM,DPPM和DPIM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 PPMDPPMDPIM 弓1言 波长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莫定了基础，然而光纤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川.因此用于无线光通信 中的调制方式必须考虑无线光信道的传输要求。首先，对眼睛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最低.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，所以一种调制方式 的频带利用率也是一个需要考虑的重要因素R1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IOMBb和在直射通信时速率大于1OOMBb时我们必须考虑多径弥散引起的ISI(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[31。在 IM/DD(强度调制值接检测)系统中，适于无线光通信的调制方式主要有以下几种:人们最 常用的也是最容易实现的是OOK(on-off-keying)，但是它的功率利用率不高，一种以平 均功率利用率著称的脉冲调制方式是PPM(pulse-position-modulation)，目前PPM已被 广泛地用于无线光通信系统中。但与OOK相比，它主要有两个缺点，首先它的频带利用率 比较低，另外，PPM对时隙级和符号级的同步都要求的比较严格，因此人们对PPM进行了 一些改进，提出了MPPM(multiple),CPPM(combinatorial)以及OPPM(overlapping)等， 其中一种比较典型的是DPPM (differential)，它的功率利用率和频带利用率都可以作得比 PPM高u.除此以外，一种有可能替代PPM的调制方式是DPIM(digital-pulse-interval -modulation)[21它具有与DPPM类似的性能，其中最重要的一点是它们都不需要符号级同 步。因此，本文将主要以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，和它们的抗码间千扰能力进行分析和比较。 1符号结构 1)OOK 当信源bit率为Ry时，光发送器在间隔T=1/R。内发送光脉冲P(t)来表示 1‘，而用不 发光来表示 0‘。它所孺的带宽与脉冲宽度成反比，约为Re=1/To 荃金项目:国家自然科学基金资助项目(编号 作者简介:庞志勇 (1975-)，桂林电子工业学院，通信与信息工程系2001)级硕士研究生，邮编 541004, 目前主要从事无线通信和计算机网络的研究。 2) PPM 在一个L-PPM的符号间隔T=log尹IR。中，被分为L个时隙，每个时隙的宽度为TILI 当logzL个信源bits到来时，光发送器仅在这L个时隙中的一个内发送脉冲，而在其它时隙 内不发光。当L1时，任一L-PPM调制所需要的光功率都要比OOK少，而且当L任意大 时，理论上L-PPM所需要的功率会任意小，但这是以需要更大的带宽为代价的。 3)DPPM}4I 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。上文已经提到