自由空間光通信調制方法性能分析

郭 潔

（廣東科技學院 廣東 東莞 523083）

1 引言

無線光通信（FSO）中由于其通信鏈路的各種不確定因素，使得無線光通信中的調制方式必須符合無線光信道的傳輸要求。首先，作為人眼若能觀察到通信的過程，限制了無線光收發射機的平均功率。其次，其電容將限制光接收機的帶寬，因此要考慮頻帶利用率的影響。除此以外，抗碼間干擾性在無線光通信中影響也不容忽視。本文對無線光通信系統中幾種常用的調制方式開關鍵控（OOK）、脈沖相位調制（PPM）、差分脈沖位置調制（DPPM）、數字脈沖間隔調制（DPIM）[1]就其有效性及可靠性進行分析。

2 帶寬需求

若設各調制方式的調制階數為M，OOK的時隙寬度為τook，PPM的符號長度為2M，DPPM的符號長度為2M+1；DPIM的的符號長度為2M+3，則各調制方式下的所需帶寬如表1所示。

表1 帶寬需求

如圖1所示為τ0=1各調制方式下的帶寬需求。在時隙寬度和符號比特數一定，且調制階數相同時，OOK的帶寬需求最小；調制階數小的情況下，各調制方式的帶寬需求差別不大。調制階數4以上各調制帶寬需求區別較為明顯。

圖1 歸一化各調制方式下帶寬需求比較

3 傳輸容量

設各調制方式的時隙寬度都設為τS，OOK調制方式和調制階數無關，設其余調制方式階數相同為M，則PPM的符號寬度為2Mτs，DPPM的符號寬度為τS（2M+1）/2，DPIM符號寬度為τS（2M+3）/2，則可以得調制方式OOK、PPM、DPPM、DPIM下的系統傳輸容量見表2。

表2 傳輸容量

如圖2所示為τs為1時，各調制方式下的傳輸容量。在時隙寬度和符號比特數一定，且調制階數相同時，PPM的傳輸容量最小，OOK的傳輸容量最大且保持不變。其他調制方式在調制階數8以后的傳輸容量變得很小并趨于相同。

圖2 歸一化傳輸容量比較

4 誤時隙率

把無線光通信系統的噪聲視為加性高斯白噪聲，若把系統當成是基帶系統，根據信道模型，假設在有光脈沖時信號為√P+n（t），其中n（t）看成是白噪聲，其方差為σn2，并假設抽樣判決輸入信號峰值功率為Pr，判決門限為b，信息碼高低電平等概出現。據理論分析，設信噪比R為P/2σn2，得出各調制方式的誤時隙率如表3所示。

表3 誤時隙率

設調制階數相同M為4，進行仿真得到如圖3所示結果。因此，小信噪比情況下PPM調制方式性能相比來說好一些，隨著信噪比的增大，各調制方式的誤時隙率幾乎相同。

圖3 誤時隙率仿真

4 結語

隨著無線通信的越來越普遍化，無線光通信也已經成為現實，是連接寬帶網的一種快捷方法。然而一種合理最優化的無線光通信系統中的調制方式也越來越迫切需求。FSO通信不免會存在各種的問題，那么如果這些問題能得到解決，該通信方式必能發揮它的最大潛能和優勢。隨著無線光通信技術的不斷完善，該技術一定可以得到廣泛的應用。

[1] 張建昆，楊宇，陳弘達.室內可見光通信調制方法分析[J].中國激光，2011(04)：137-140.

[2] 程剛.無線光通信中脈沖間隔調制方法[J].中國激光，2010年，Vol.37，No.7，2004.

[3] 湯玲利.基于RGBLED的波分復用可見光通信研究[D].桂林：桂林電子科技大學，2014.