CN107682093A - 一种差分多脉冲位置调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种差分多脉冲位置调制方法，涉及激光通信技术领域。该方法包括：S1：将数据接收到编码器电路中，并将数据细分成N位二进制数据的组的有序序列；S2：将每一组N位二进制数据调制到一个信息帧内；其中，其中，该信息帧内包含m个时隙，该m个时隙中包含p个光脉冲；S3：将该信息帧中最后一个光脉冲后的所有空时隙全部删除；S4：将最后一个光脉冲后的下一个时隙作为下一个信息帧的起始位；S5：按照调制好的信号序列发送数据。本发明提供的DMPPM调制可以在MPPM调制的基础上精简符号结构，进一步提高系统的带宽利用率。同时由于DMPPM调制方案中采用的差分方式，省略了帧同步过程，可以有效降低系统的复杂性。

Description

一种差分多脉冲位置调制方法

技术领域

本发明涉及激光通信技术领域，更具体的涉及一种差分多脉冲位置调制方法。

背景技术

自由空间光通信，具有不需要申请频谱、安全保密、信息容量大、设备尺寸小、功耗低等优点，已经成为当前倍受青睐的一种通信手段。

目前自由空间光通信调制方式主要有开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)和多脉冲位置调制(MPPM)。OOK方式实现简单，传输容量高但功率利用率低，而且抗干扰能力差；PPM是利用脉冲的位置来代表信息，相对OOK提高了能量利用率，但是很大程度上牺牲了带宽利用率；后人在PPM的基础上发明了MPPM调制方式，MPPM调制是将N位的二进制数据映射到m个时隙组成的时间段内的多个时隙上的多个脉冲信号，即在一帧信息周期内发送多个脉冲。但是这种调制方式虽然在一定程度上提高了带宽利用率，但是不适合大数据量的自由空间数据传输，并且MPPM调制与PPM调制一样，在调制过程中需要进行帧同步，这将大大增加系统的复杂性。

综上所述，现有的自由空间光通信调制方式仍存在带宽利用率低和系统复杂度高的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种差分多脉冲位置调制方法，用以解决现有技术中存在带宽利用率低和系统复杂度高的问题。

本发明实施例提供一种差分多脉冲位置调制方法，包括：

S1：将数据接收到编码器电路中，并将数据细分成N位二进制数据的组的有序序列；

S2：将每一组N位二进制数据调制到一个信息帧内；其中，所述信息帧内包含m个时隙，所述m个时隙中包含p个光脉冲，且每个光脉冲的持续时间与所在时隙持续时间相同；

S3：将所述信息帧中最后一个光脉冲后的所有空时隙全部删除；

S4：将最后一个光脉冲后的下一个时隙作为下一个信息帧的起始位；

S5：按照调制好的信号序列发送数据。

较佳地，在步骤S2中，将每一组N位二进制数据调制到一个信息帧内，包括：

将每一组N位二进制数据采用多脉冲位置调制MPPM方式调制到一个信息帧内。

本发明实施例中，提供一种差分多脉冲位置调制方法，与现有技术相比，其有益效果为：本发明提供的DMPPM(Differential Multi Pulse Position Modulation，差分多脉冲位置调制)调制将MPPM调制符号中每个信息帧内最后一个脉冲后的所有空时隙全部删除，其余时隙保留，以减小调制符号长度，从而提高信息传输的单位传信率及通信的带宽需求。同时由于DMPPM调制方案中将每信息帧周期内最后一个脉冲后的全部空时隙删除，则每信息帧内最后一个脉冲后的第一时隙即为下一信息帧的起始位，则解调过程不需要信息帧同步，可以有效降低系统的复杂性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种差分多脉冲位置调制方法流程图；

图2为本发明实施例提供的MPPM和DMPPM的帧结构图；

图3为本发明实施例提供的M＝3时，PPM、MPPM和DMPPM三种调制方式的符号结构；

图4为本发明实施例提供的不同调制方式的单位传信率；

图5为本发明实施例提供的不同调制方式的带宽需求。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于OOK是利用脉冲的有无来代表二进制信息，这种调制方式最简单,但能量利用率低；PPM调制是利用脉冲的位置来代表信息，相对提高了能量利用率但很大程度上牺牲了带宽利用率；PPM调制是在一个信息帧周期内包含多个脉冲信号，用来表示一个N位的二进制数。这种调制方式虽然在一定程度上提高了带宽利用率，但是扔有继续提高的空间，并且MPPM调制与PPM调制一样，在调制过程中需要进行帧同步，这将大大增加系统的复杂。基于此，本发明实施例提供的一种差分多脉冲位置调制方法，如图1所示，该方法包括：

S1：将数据接收到编码器电路中，并将数据细分成N位二进制数据的组的有序序列。

其中，该数据为需要进行通信的数据，该数据应为数字信号。

S2：将每一组N位二进制数据调制到一个信息帧内；其中，该信息帧内包含m个时隙，该m个时隙中包含p个光脉冲，且每个光脉冲的持续时间与所在时隙持续时间相同。

其中，将每一组N位二进制数据采用多脉冲位置调制MPPM方式调制到一个信息帧内。

另外，这m个时隙中有p个光脉冲，每个脉冲的持续时间与所在时隙持续时间相同。则几个数值满足以下关系：

S3：将该信息帧中最后一个光脉冲后的所有空时隙全部删除。

S4：将最后一个光脉冲后的下一个时隙作为下一个信息帧的起始位。

S5：按照调制好的信号序列发送数据。

图3是假设信源为3bit，也即N＝3，PPM，MPPM和DMPPM三种调制方式的符号结构，对应的编码符号如表1所示。

表1 信源为3bit时，PPM、MPPM和DMPPM编码符号

信源	PPM	MPPM(p＝2)	DMPPM(p＝2)
				000	1000,0000	00110	0011
001	0100,0000	01001	01001
				010	0010,0000	00101	00101
011	0001,0000	00011	00011
				100	0000,1000	11000	11
101	0000,0100	10100	101
				110	0000,0010	10010	1001
111	0000,0001	01100	011

根据以上对比，可以发现DMPPM的符号长度明显短于PPM和MPPM调制的符号。同样3bit的信息帧，如果符号结构更短，就意味着在单位时间内可以传送更多的信息帧。那么也就意味着本发明提供的差分多脉冲位置调制实验装置产生的调制信号可以在单位时间内具有更高的传信率。同时，由于信息帧的缩短，也意味着对带宽需求的降低。

如图2为(m,p)MPPM调制和DMPPM调制的帧结构。其中(m,p)MPPM的m指该MPPM调制信号一个信息帧中包含的总时隙个数，p表示一个信息帧中脉冲个数。由于DMPPM调制中将MPPM调制中最后一个脉冲后的空时隙全部删除，故一个DMPPM调制的信息帧必然比一个MPPM调制的信息帧要短。同时MPPM调制每m个时隙需要一个帧同步信号，而DMPPM调制以最后一个脉冲作为本帧信号的结尾，故不需要帧同步。

性能分析：

1、单位传信率

单位传信率即每秒每赫兹传输的比特数，用于比较不同调制方式传输能力的一个重要参数。用υ表示传信率，υ＝R/B(bit·s^-1·Hz^-1)，其中R为传输率(bit·s^-1)，B是信号带宽。对于各种调制方式，取信息帧周期为T。信息帧中的时隙持续时间为T_slot，脉冲持续时间为τ。通常情况下激光器工作在脉冲状态，其对应的带宽为B＝1/τ。本文的分析是在理想条件下进行，即脉冲持续τ＝T_slot，则B＝1/T_slot。取信息的传输速率为R_b，则PPM方式单位传信率为：

同理，可得MPPM和DMPPM的单位传信率分别为：

从图4-a中可以看出，当MPPM和DMPPM的每帧脉冲个数p＝2时，只要信源bit数N≥2，即有DMPPM的单位传信率高于PPM和MPPM。从图4-b中可以看出，如果只要信源bit数N一定，则无论每帧脉冲个数p为何值，DMPPM的单位传信率一定高于相应的MPPM的单位传信率。从图4-c中可以看出，当信源bit数N＝10时，随着每帧脉冲个数p的不断增加，DMPPM和MPPM的单位传信率将会趋于相同，但在p较小时，DMPPM具有绝对的优势。

2、带宽需求

由高斯信道可得香农公式为(P_s是信号平均功率；N₀W为高斯白噪声在带宽W内的平均功率(功率谱密度为N₀/2)；W是信道带宽)可知，高斯信道中，信道容量(信道中能够传送的最大信息量)与带宽及信噪比都有关系。当带宽趋向于无穷时，信息量趋于极限。所以在信噪比一定时，带宽越大越好。对于调制方式来说，每帧所需的传输带宽越少，总的传输量越大，香农公式里的带宽就越大。

对于不同的调制方式，在N相同的条件下，调制对带宽的需求是时隙持续时间的倒数。设比特率为R_b(每秒传输的比特数bit/s)，则PPM调制方式的带宽需求为：

同理，得MPPM和DMPPM调制方式的带宽需求分别是：

对带宽需求进行归一化处理比较如图5所示。从图5-a和图5-b中可以看出，当MPPM和DMPPM的每帧脉冲个数p＝2时，只要信源bit数N≥2，即有DMPPM的归一化带宽需求低于PPM和MPPM。从图5-c中可以看出，如果只要信源bit数N一定，则无论每帧脉冲个数p为何值，DMPPM的归一化带宽需求一定低于相应的MPPM的归一化带宽需求。从图5-d中可以看出，当信源bit数N＝10时，随着每帧脉冲个数p的不断增加，DMPPM和MPPM的归一化带宽需求呈现一个先降低、再增加的变化，但DMPPM的归一化带宽需求始终低于MPPM。

本发明实施例中，从符合结构入手，DMPPM将MPPM每帧信号中最后一个脉冲之后的空时隙删除，则必然得到比MPPM更短的符号结构。如果每帧符号传输的信息量相同，则必然导致DMPPM可以使用更少的时隙来完成同样信息的传送，那么DMPPM的单位传信率必然高于MPPM。同样，由于传输同样信息量所需的时隙数减少，必然导致对带宽的需求降低，也即带宽利用率的提高；同时，MPPM需要每m个时隙一次帧同步，而DMPPM每帧信号都以最后一个脉冲结束，故不需要帧同步，即会减少系统的复杂性。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种差分多脉冲位置调制方法，其特征在于，包括：

S1：将数据接收到编码器电路中，并将数据细分成多组有序序列；其中，每一组有序序列由N位二进制数据组成；

S2：将每一组N位二进制数据调制到一个信息帧内；其中，所述信息帧内包含m个时隙，所述m个时隙中包含p个光脉冲，且每个光脉冲的持续时间与所在时隙持续时间相同；

S3：将所述信息帧中最后一个光脉冲后的所有空时隙全部删除；

S4：将最后一个光脉冲后的下一个时隙作为下一个信息帧的起始位；

S5：按照调制好的信号序列发送数据。

2.如权利要求1所述的差分多脉冲位置调制方法，其特征在于，在步骤S2中，将每一组N位二进制数据调制到一个信息帧内，包括：

将每一组N位二进制数据采用多脉冲位置调制MPPM方式调制到一个信息帧内。