CN105227211B - 一种脉冲位置调制超宽带信号生成方法 - Google Patents

一种脉冲位置调制超宽带信号生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脉冲位置调制超宽带信号生成方法。原始信源信息经脉位映射模块编码映射为对应的脉冲位置编码信息后经光调制器加载到光载波上。调制后的光信号在光域经微分、合成以及光电转换后可以生成脉冲位置调制超宽带信号。本发明方法在保证生成高性能多脉冲位置调制超宽带信号的基础上，实现了多脉冲位置调制超宽带信号生成的多样性，丰富了脉冲位置调制超宽带信号生成技术尤其是基于光电混合技术生成脉冲位置调制超宽带信号的灵活性。

Description

一种脉冲位置调制超宽带信号生成方法
技术领域
本发明涉及微波光子学、微波信号生成领域，尤其是光电混合脉冲位置调制超宽带信号生成技术。
背景技术
超宽带信号通信技术具有功耗低、传输速率高、抗干扰能力强、共享现有无线通信频段等优点，在无线个域网、雷达、成像、光载无线通信系统、传感等领域存在重要应用。超宽带信号生成技术是超宽带通信技术的关键技术之一。目前，超宽带信号生成技术主要可以分为两大类：基于电学的超宽带信号生成技术和基于光学的超宽带信号生成技术。与传统电学超宽带信号生成技术相比，基于光学的超宽带信号生成技术具有超低功耗、可调谐性能好、体积小、重量轻、不受电磁干扰等优势。尤其是基于光学的超宽带信号生成技术可以与光载无线通信技术融合，克服传统无线超宽带通信系统传输距离短的缺点，极大地扩展超宽带信号的覆盖范围。
就目前研究进展而言，有多种基于光学的超宽带信号生成技术方案。其中，各种技术方案的异同主要在于信号的调制、变换与合成的实施方法上。基于光学的超宽带信号生成技术方案可以生成正/负单脉冲、双脉冲等多种超宽带信号波形，以及强度调制超宽带信号、极性调制超宽带信号、脉冲形状调制超宽带信号、脉冲位置调制超宽带信号等多种调制形式的超宽带信号。
现有基于光学的脉冲位置调制超宽带信号生成技术主要是在电域或光域控制两路或多路合成信号之间的延时以及功率比来实现。需要指出的是这些方案都存在着一定的局限性。一是合成信号的延时以及功率比的控制精度有限，这在一定程度上影响了生成信号的质量；二是合成信号的延时以及功率比的控制速度有限，这在一定程度上影响了方案的可重构性；三是这些方案一般很难生成多脉位调制超宽带信号。
发明内容
鉴于以上陈述已有方案的不足，本发明旨在提供一种脉冲位置调制超宽带信号生成方案，在保证了系统优异性能的前提下增强了信号产生的多样性与灵活性。
本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的：
一种脉冲位置调制超宽带信号生成方法，信号源100生成的原始信源比特信息经脉位映射模块200编码映射为脉冲位置编码信息。脉冲位置编码信息经光调制器400调制成光脉冲信号，再经过光微分与合成模块500和光电探测器600生成脉冲位置调制超宽带信号。
脉位映射模块200由串/并变换器201、脉冲位置编码器202和并/串变换器203构成。信号源产生的原始串行比特信息首先经过串/并变换器变换为码长为n(n＝1,2,3，…)比特的并行分组码。分组后的比特信息经脉冲位置编码器按组分别映射为对应的脉位编码信息，得到的并行脉冲位置编码信息经并/串变换器变换为串行脉冲位置编码信息。其后串行脉冲位置编码信息经光调制器产生对应的光脉冲位置调制信号，再经光微分与信号合成模块以及光电探测器生成对应的脉冲位置调制超宽带信号。
由于生成的超宽带信号波形与光调制方式、微分形式和信号合成方式有关，因此通过改变光调制方式、微分形式和信号合成方式就可以生成不同波形的脉冲位置调制超宽带信号。同时，脉冲位置的数量、脉冲位置调制超宽带信号的时域、频域等特性(如，信源信息与脉冲位置的关系、脉冲位置调制超宽带信号频谱和抗干扰能力等)与串/并变换器后的并行分组码的码长n以及分组码比特信息与脉冲位置信息之间的映射关系有关。因此，通过改变串/并变换器后的分组码的码长n以及分组码比特信息与脉冲位置信息的映射关系就可以改变脉位的数量并获取不同时域、频域等特性的脉冲位置调制超宽带信号以满足对应的应用需求。
经过以上设计后，本发明方法具有如下优点：本方案采用光电结合方式，功耗低、可调谐性能好、体积小、重量轻、不受电磁干扰；可以灵活地改变脉冲位置调制超宽带信号的脉位数量、信号波形、信号的时域、频域等特性，以满足不同的应用需求。
附图说明：
图1、为本发明系统框图；
图2、脉位映射模块的结构框图；
图3、4脉冲位置调制正超宽带信号生成实验结果：(a)信号时域波形；(b)信号频谱；
图4、4脉冲位置调制负超宽带信号生成实验结果：(a)信号时域波形；(b)信号频谱；
图5、8脉冲位置调制正超宽带信号生成实验结果：(a)信号时域波形；(b)信号频谱；
图6、8脉冲位置调制负超宽带信号生成实验结果：(a)信号时域波形；(b)信号频谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明方案由信号源100，脉位映射模块200，激光器300，光调制器400，光微分与合成模块500以及光电探测器600构成。其中，脉位映射模块由串/并转换器201、脉冲位置编码器202和并/串转换器203组成(如图2所示)。信号源产生的原始串行比特信息流首先经串/并转换器变换为码长为n的并行分组码(如图2所示，b1，b2,…,bn)。得到的每一组并行分组码再经编码映射器按照预先设定的编码映射规则编码映射成对应的脉冲位置编码信息(如图2所示，b11，b12,…,b1m)。然后，得到的并行脉冲位置编码信息经并/串变换器变换为脉冲位置编码串行比特信息流，并用于驱动光调制器产生对应的光脉冲位置调制信号。最后，得到的光脉冲位置调制信号经微分器与合成模块以及光电探测器即可生成对应的脉冲位置调制超宽带信号。在具体实施过程，通过改变串/并变换过程中并行分组码的码长n以及脉冲位置编码映射的规则可以灵活地调节脉冲调制位置的数量以及调制脉冲位置与信源信息的对应关系，以满足不同的应用需求。表1和表2分别给出了信源并行分组码码长为2比特和3比特情况下，信源信息与脉冲位置编码之间的映射关系。需要指出的是，并行分组码与脉冲位置编码/映射的关系并不是唯一，可以根据实际应用需求进行改变。而且，每一组并行码对应的脉冲位置编码的长度也可以根据实际应用需求进行改变。
表1 2比特信源信息的脉位编码映射关系
序号 信源信息 脉冲位置编码
1 00 01000
2 01 00100
3 10 00010
4 11 00001
表2 3比特信源信息的脉位编码映射关系
序号 信源信息 脉冲位置编码
1 000 010000000
2 001 001000000
3 010 000100000
4 011 000010000
5 100 000001000
6 101 000000100
7 110 000000010
8 111 000000001
为了验证该方案的有效性，图3(a)和(b)分给出了4脉冲位置调制超宽带信号的时域波形和频谱实验结果(对应于信源并行分组码码长为2比特的情况。)。从图3(a)的时域波形结果可以清晰地看到经脉冲位置调制后超宽带信号的脉冲位置与信源信息之间的映射关系。从图3(b)的频谱结果可以看到，产生的脉冲位置调制超宽带信号的频谱符合FCC标准。另外，为了验证此方案的灵活性，我们也给出了不同信源并行分组码码长度情况下的实验结果。图5(a)和(b)分别给出了9脉冲位置调制超宽带信号的时域波形和频谱实验结果(对应于信源并行分组码码长为3比特的情况。)。接着我们改变光调制方式、微分形式与信号合成方式，得到了不同波形的脉冲位置调制超宽带信号。图3和图4分别给出了4脉冲位置调制正/负超宽带信号的时域波形和频谱实验结果，图5和图6分别给出了9脉冲位置调制正/负超宽带信号的时域波形和频谱实验结果。
综上所述，本发明的特征主要具有以下几点：(1)在电域通过位置编码将信源信息映射为脉冲位置编码信息，然后在光域将经光调制后的脉冲位置编码信号经微分与合成和光电探测后生成对应的脉冲位置超宽带信号；(2)通过改变串/并变换过程中信源信息分组的长度以及编码映射的方式可以改变脉冲位置调制过程中脉冲位置的数量；(3)通过改变串/并变换过程中信源信息分组的长度以及编码映射的方式可以改变脉冲位置与信源信息的映射关系，从而改变信号的频域、时域等特性。(4)通过改变光调制方式、光微分与合成方式可以生成不同波形的脉冲位置调制超宽带信号。

Claims (5)

1.一种光电混合脉冲位置调制超宽带信号生成方法，其特征在于，信号源(100)产生的原始信源比特信息经脉位映射模块(200)编码映射为脉冲位置编码信息；脉冲位置编码信息经光调制器(400)调制成光脉冲信号，再经过光微分与信号合成模块(500)和光电探测器(600)生成脉冲位置调制超宽带信号；
脉位映射模块(200)由串/并变换器(201)、脉冲位置编码器(202)和并/串变换器(203)构成；信号源产生的原始串行比特信息首先经过串/并变换器变换为码长为n(n＝1,2,3，…)比特的并行分组码；分组后的比特信息经脉冲位置编码器按组分别映射为对应的脉位编码信息，得到的并行脉冲位置编码信息经并/串变换器变换为串行脉冲位置编码信息；其后，串行脉冲位置编码信息经光调制器产生对应的光脉冲位置调制信号，再经光微分与信号合成模块以及光电探测器生成对应的脉冲位置调制超宽带信号。
2.根据权利要求1所述之光电混合脉冲位置调制超宽带信号生成方法，其特征在于，通过改变光调制方式、光微分形式与信号合成方式生成不同波形的脉冲位置调制超宽带信号。
3.根据权利要求1或2所述之光电混合脉冲位置调制超宽带信号生成方法，其特征在于，通过改变串/并变换过程中信源信息分组的长度以及编码映射的方式改变脉冲位置调制过程中脉冲位置的数量。
4.根据权利要求1或2所述之光电混合脉冲位置调制超宽带信号生成方法，其特征在于，通过改变串/并变换过程中信源信息分组的长度以及编码映射的方式改变脉冲位置与信源信息的映射关系，从而改变信号的时域、频域等特性。
5.根据权利要求1所述之光电混合脉冲位置调制超宽带信号生成方法，其特征在于，所述光微分与信号合成模块(500)中的微分器可以是普通光滤波器、光栅、保偏光纤或光干涉结构。
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