無線光通信調制方式性能分析

肖湘武

摘 要：無線光通信調制方式具有一定的多樣性和特殊性，誤碼率是一項重要性指標，能夠對無線光通信系統不同調制方式的優勢與不足進行科學化的衡量分析，以促進無線光通信系統的穩定運行。本文主要分析無線光通信調制方式的功率利用率、帶寬利用率以及傳輸容量等性能，以促進無線光通信系統調制方式的優化，僅供相關人員參考。

關鍵詞：無線光通信；調制；誤碼率

無線光通信是一種現代化的寬帶接入方式，能夠以靈活的無線方式實現短距離內的實現光纖傳送，具有明顯的高帶寬、低誤碼率以及安全性高等特點。無線光通信系統有多種調制方式和解調方式，包括開關鍵控調制OOK、脈沖位置調制PPM以及數字脈沖間隔調制DPIM等，在實際應用中，這幾種調制方式各有利弊，因此對無線光通信調制方式的性能進行分析和研究，在維護無線光通信系統穩定運行方面具有重要的作用。

1 無線光通信原理分析

1.1 通信原理及通信系統組成

就宏觀層面來看，無線光通信主要以激光為信息載本，直接在空氣中實現光信號的傳輸，也就是指在控制內直接進行語音、數據以及圖像等信息的雙向傳輸。通常情況下，無線光通信系統主要由信道、發射機以及接收機三個部分組成，并通過標準光收發機、專用望遠鏡以及高功率放大器等設備來進行輔助操作，促進電與光之間的有效轉換。在無線光通信系統中，主要包含點對點通信、點對多點通信以及網格狀通信，其中，每一端都設有專業的光接收機和光發射機，通過各設備的有效應用，促進了電信號的轉換形成，并對光源進行調制，從而實現光信號的傳送，促進無線光通信系統的形成和運行。

圖1 無線光通信系統組成框圖

無線光通信系統主要包含發射和接收這兩部分，其系統組成框圖見圖1，可見激光器、調制器和光學發射天線組成了通信系統的發射部分，而光學接收天線、光電檢測器和電信號處理器組成了通信系統的接收部分。無線光通信系統中，透鏡構成了發射天線和接收天線，發射天線能夠實現小截面的激光束向大截面的激光束的轉變，以促進接收天線調整方位并對無線光通信的信號進行準確的接收。相關實驗研究資料顯示，接收天線能夠將大截面的激光束匯聚成較小的光斑，促進激光束本來面目的恢復。

1.2 調制方式

1.2.1 開關鍵控調制，簡稱OOK，在數字無線光通信系統中，通常以脈沖直接強度來進行調制，也就是說，主要通過發送信息的差異來對激光器的開與關進行控制，以保證脈沖產生的合理性和有效性。

1.2.2 脈沖位置調制。單脈沖位置調制（L-PPM）是將一個二進制的M位數據組映射為由L=2M個時隙組成的時間段上的某一個時隙處的單個脈沖信號，每一時隙稱為切譜。可見，一個L位的PPM調制信號傳送的信息比特為log2L。差分脈沖位置調制（DPPM）是一種在單脈沖PPM調制基礎上改進的調制方式。前面提到，對于一個L-PPM符號，它的時隙數是固定的L位，其中一位為1，其它的位都為0，而L-DPPM的碼組位數是不定的，它是由一串低電平后跟一位高電平構成。DPPM調制信號將PPM調制信號的1個碼組中高電平以后的信號全部去掉。

1.3 脈沖間隔調制。數字脈沖間隔調制（DPIM）與DPPM類似，在DPIM中符號長度也是不固定的，并可分為無保護時隙和有保護時隙2種，有保護時隙的DPIM調制方式大多采用一個保護時隙，這樣能有效地減少碼間串擾的影響，該調制方式的符號Sk （ k為符號所表示的十進制數）的時隙個數為k+2，脈沖在每個符號的起始時隙L，后加一個保護空時隙，再加上k個空時隙表示信息。當接收端解調時，在判斷接收到脈沖時隙后，只需要數脈沖時隙后的空時隙個數，再減1就可以了。因此DPIM在接收端只需要時鐘同步而不需要符號同步，大大簡化了系統的實現。

2 理想信道下的誤碼特性

假設無線光通信系統中信號傳輸的信道是比較理想的，不存在多徑效應，信號狀態比較穩定，并在對光功率、光學信噪比以及接收信號概率等參數進行準確計算的基礎上，以理想的采樣時鐘和無限制系統帶寬為主要數據來進行系統化分析，OOK、PPM以及PIM等調制方式的時隙誤碼率見表1。OOK、PPM、DPPM以及DPIM等調制方式包誤碼率與光學信噪比之間的變化情況如圖2 所示。

表1 時隙誤碼率

通過對圖3進行觀察和分析可知，不同調制方案的平均光功率與帶寬需求之間存在著密切的聯系，功率需求會隨著M值得增大而降低，并且帶寬需求會隨著增大。此種情況下表明，OOK方式具有一定的簡單性，與其他調制方式相比，其帶寬相對較小，但是平均發射功率較高。而PPM方式的平均法身功率較小，其誤時隙率與OOK方式相比，明顯低于OOK。應用PPM后進行解調時，需要保持時鐘同步和符號同步，切實保證無線光通信系統的穩定高效運行。DPIM方式的平均發射功率與誤時隙率都明顯高于PPM。就總體情況來看，不同的調制方式在實際應用中都存在各自的優勢和不足，那么在無線光通信系統的實際應用中，需要充分衡量帶寬利用率及通信系統的實際需求，最大程度上對誤時隙率進行有效的控制，從而切實提高無線光通信系統的可靠性，提供無線光通信服務的質量。

結束語

就無線光通信系統的實際情況來看，其具有良好的保密性、抗電磁干擾、組網便捷性以及傳輸容量大等優勢，在城域網擴展、寬帶網零公里接入、應急通信以及保密通信等領域都得到了比較廣泛的應用，在未來的通信市場發展中具有良好的應用前景。通過對無線光通信調制方式性能進行合理化分析，便于相關工作人員明確不同調制方式的利與弊，從而明確帶寬利用率，積極采取適宜的調制方式來維護無線光通信系統的穩定運行。

參考文獻

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