CN107017950A - 一种自由空间光通信中的联合调制编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自由空间光通信中的联合调制编码方法，具体步骤：(1)产生非归零的数字信号；(2)产生方波时钟信号；(3)得到曼彻斯特码；(4)产生方波时钟信号；(5)得到联合调制编码的信号。本发明采用了将单位码元分成四个时隙，第一个和第三个时隙传输幅度信息，第二个和第四个时隙传输相位信息，使得一个码元周期可以传输更多信息，提高了自由空间光通信信道的传输性能。本发明是基于曼彻斯特编码形成的自由空间光通信中的联合调制编码方法，容易实现编码的同步，提高了自由空间光通信信道的可靠性。

Description

一种自由空间光通信中的联合调制编码方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及自由空间光通信(Free Space Optical，FSO)调制编码技术领域中的一种联合调制编码方法。本发明将将单位码元分成四个时隙，第一个和第三个时隙传输幅度信息，第二个和第四个时隙传输相位信息，本方法具有传输容量大、可靠性强等良好的性能，可用于对实时性、可靠性和传输效率有较高要求的自由空间光通信系统中。

背景技术

目前，FSO中的主要调制编码技术是脉冲位置调制(PPM)和二进制开关键控调制(OOK)。PPM调制是关于位置的信号编码方式，用不同的位置表示不同的信息比特。PPM调制误码率较低，但是需要较大的带宽，另外低阶的PPM调制传输容量也不高。OOK调制则是以单极性不归零码序列来控制正弦载波的开启与关闭来表示不同的信号。

西安理工大学在其申请的专利文献“无线激光通信PPM偏振调制解调方法”(公开号CN101110649A)中公开了一种无线激光通信PPM偏振调制解调方法。该方法的具体步骤是，在信源的PPM信号与椭圆偏振角之间建立一一对应关系，根据该对应关系，将信源信号调制成具有对应椭圆偏振角的椭圆偏振光，并以光信号发射出。解调时，将接收到的椭圆偏振光的偏振角计算出，在根据上述对应关系，确定出与偏振角对应的信源信息，完成信息的解调。该方法存在的不足之处是，加入多个椭圆偏振片和偏振器，使得系统实现较为复杂，并且该方法没有克服信号调制中传输容量不高、宽带效率低的缺点。

贾科军等人在其发表的论文“弱湍流信道中的调制技术”(Chinese journal oflaser，vol.36，no.16，March 2009)中提出基于弱湍流FSO通信模型的OOK调制性能验证的方法。该方法通过对OOK的符号结构、发射功率、传输带宽等方面进行理论推导和分析，并通过仿真研究了OOK调制格式下的光信号性能。该方法存在的不足之处是，没有考虑OOK调制在其他的FSO信道模型中的表现，也没有克服功率利用率比较低、传输容量低等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于自由空间光通信中的新型联合调制编码方法，以满足自由空间光通信对传输的可靠性和传输效率的要求。

为实现上述目的，本发明的思路是：在现有的曼彻斯特码的基础上，提出一种自由空间光通信中的联合调制编码方法，将幅度支路和相位支路联合，提高系统传输效率和可靠性。

本发明实现的具体步骤如下：

(1)产生非归零的数字信号：

利用光信号发射机产生自由空间光通信中非归零的数字信号；

(2)产生方波时钟信号：

利用光信号发射机，产生自由空间光通信中与非归零的数字信号同频率的方波时钟信号；

(3)获得曼彻斯特码：

将非归零的数字信号与同频率的方波时钟信号异或，获得频率为非归零信号的两倍的曼彻斯特码；

(4)产生方波时钟信号：

利用光信号发射机，产生自由空间光通信中频率为非归零数字信号频率两倍的方波时钟信号；

(5)获得联合调制编码的信号：

(5a)将曼彻斯特码与方波时钟信号做与非操作，获得未调制编码的频率为非归零数字信号频率四倍的光信号；

(5b)将未调制编码的频率为非归零数字信号频率四倍的光信号的单位码元，划分为四个时隙，第一个和第三个时隙用来传输幅度信息，第二个和第四个时隙用来传输相位信息；

(5c)测量第二个和第四个时隙传输的相位信息并比较，得到第一个和第四个时隙传输信息的相位差，确定下一个码元中的第一个和第三个时隙的信息幅度；

(5d)在未调制编码的频率为非归零数字信号频率四倍的光信号上的当前码元上，依据时隙高低电平的不同，在第一个和第三个时隙上加载幅度信息，第二个和第四个时隙上加载相位信息，得到联合调制编码的信号。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，由于本发明采用了将单位码元分成四个时隙，第一个和第三个时隙传输幅度信息，第二个和第四个时隙传输相位信息，使得一个码元周期可以传输更多信息，结合测量第二个和第四个时隙传输的相位信息，得到第一个和第四个时隙传输信息的相位差，确定下一个码元中的第一个和第三个时隙的信息幅度，克服了现有技术中存在容量低、可靠性低等特点，使得本发明有更大的传输效率，提高了自由空间光通信信道的传输性能。

第二，由于本发明基于曼彻斯特编码形成的自由空间光通信中的联合调制编码方法，容易实现编码的同步，克服了现有技术中存在的时钟同步问题，提高了自由空间光通信信道的可靠性。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明做进一步的描述。

步骤1，产生非归零的数字信号。

利用光信号发射机产生自由空间光通信中非归零的数字信号。

步骤2，产生方波时钟信号。

利用光信号发射机，产生自由空间光通信中与非归零的数字信号同频率的方波时钟信号；

步骤3，获得曼彻斯特码。

将非归零的数字信号与同频率的方波时钟信号异或，获得频率为非归零信号的两倍的曼彻斯特码；

步骤4，产生方波时钟信号。

利用光信号发射机，产生自由空间光通信中频率为非归零数字信号频率两倍的方波时钟信号；

步骤5，获得联合调制编码的信号。

将曼彻斯特码与方波时钟信号做与非操作，获得未调制编码的频率为非归零数字信号频率四倍的光信号。

将未调制编码的频率为非归零数字信号频率四倍的光信号的单位码元，划分为四个时隙，第一个和第三个时隙用来传输幅度信息，第二个和第四个时隙用来传输相位信息。

所述频率为四倍非归零数字信号频率的光信号单位码元划分的四个时隙是指，每个时隙频率与非归零数字信号频率相同，每个时隙间隔频率相同；第一个与第三个时隙内的信号为一个高电平和一个低电平；第二和第四个时隙内的信号为高电平。

测量第二个和第四个时隙传输的相位信息，得到第一个和第四个时隙传输信息的相位差，确定下一个码元中的第一个和第三个时隙的信息幅度。

所述下一个码元中的第一个和第三个时隙传输信息的幅度的确定方式有两种：

第一种，如果当前码元中的第二个和第四个时隙信息的相位差为0，则将下一个码元的第一个和第三个时隙的信息幅度分别确定为低电平0和高电平1；如果当前码元中的第二个和第四个时隙信息的相位差为π，则将下一个码元的第一个和第三个时隙的信息幅度分别确定为高电平1和低电平0；

第二种，如果当前码元中的第二个和第四个时隙信息的相位差为0，则将下一个码元的第一个和第三个时隙的信息幅度分别确定为高电平1和低电平0；如果当前码元中的第二个和第四个时隙信息的相位差为π，则将下一个码元的第一个和第三个时隙的信息幅度分别确定为低电平0和高电平1。

在未调制编码的频率为非归零数字信号频率四倍的光信号上的当前码元上，依据时隙高低电平的不同，在第一个和第三个时隙上加载幅度信息，第二个和第四个时隙上加载相位信息，获得联合调制编码的信号。

Claims (3)

1.一种自由空间光通信中的联合调制编码方法，包括如下步骤：

(1)产生非归零的数字信号：

利用光信号发射机产生自由空间光通信中非归零的数字信号；

(2)产生方波时钟信号：

利用光信号发射机，产生自由空间光通信中与非归零的数字信号同频率的方波时钟信号；

(3)获得曼彻斯特码：

将非归零的数字信号与同频率的方波时钟信号异或，获得频率为非归零信号的两倍的曼彻斯特码；

(4)产生方波时钟信号：

利用光信号发射机，产生自由空间光通信中频率为非归零数字信号频率两倍的方波时钟信号；

(5)获得联合调制编码的信号：

(5a)将曼彻斯特码与方波时钟信号做与非操作，获得未调制编码的频率为非归零数字信号频率四倍的光信号；

(5b)将未调制编码的频率为非归零数字信号频率四倍的光信号的单位码元，划分为四个时隙，第一个和第三个时隙用来传输幅度信息，第二个和第四个时隙用来传输相位信息；

(5c)测量第二个和第四个时隙传输的相位信息并比较，得到第一个和第四个时隙传输信息的相位差，确定下一个码元中的第一个和第三个时隙的信息幅度；

(5d)在未调制编码的频率为非归零数字信号频率四倍的光信号上的当前码元上，依据时隙高低电平的不同，在第一个和第三个时隙上加载幅度信息，第二个和第四个时隙上加载相位信息，得到联合调制编码的信号。

2.根据权利要求1所述的一种自由空间光通信中的联合调制编码方法，其特征在于，步骤(5b)中所述频率为四倍非归零数字信号频率的光信号单位码元划分的四个时隙是指，每个时隙频率与非归零数字信号频率相同，每个时隙间隔频率相同；第一个与第三个时隙内的信号为一个高电平和一个低电平，第二个和第四个时隙内的信号为高电平。

3.根据权利要求1所述的一种自由空间光通信中的联合调制编码方法，其特征在于，步骤(5c)中所述下一个码元中的第一个和第三个时隙传输信息的幅度的确定方式有两种：

第一种，如果当前码元中的第二个和第四个时隙信息的相位差为0，则将下一个码元的第一个和第三个时隙的信息幅度分别确定为低电平0和高电平1；如果当前码元中的第二个和第四个时隙信息的相位差为π，则将下一个码元的第一个和第三个时隙的信息幅度分别确定为高电平1和低电平0；

第二种，如果当前码元中的第二个和第四个时隙信息的相位差为0，则将下一个码元的第一个和第三个时隙的信息幅度分别确定为高电平1和低电平0；如果当前码元中的第二个和第四个时隙信息的相位差为π，则将下一个码元的第一个和第三个时隙的信息幅度分别确定为低电平0和高电平1。