專利名稱：用于光通信系統(tǒng)中的多進(jìn)制數(shù)字脈沖周期調(diào)制和解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多進(jìn)制數(shù)字脈沖周期調(diào)制和解調(diào)方法。
背景技術(shù)：
目前光通信領(lǐng)域主要使用強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(IM/DD, Intensity Modulated/Direct Detection)技術(shù)，基于頂/DD技術(shù)的調(diào)制方式主要有3種開關(guān)鍵控(00K，On-Off-Keying)、脈沖位置調(diào)制(PPM, Pulse Position Modulation)和數(shù)字脈沖間隔調(diào)制(DPIM, Digital Pulse Interval Modulation)調(diào)制方式。開關(guān)鍵控方式通過控制光通信中發(fā)光二極管(LED)的亮滅來實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，LED熄滅時(shí)，表示傳遞數(shù)據(jù)“0”;LED點(diǎn)亮?xí)r，表示傳遞數(shù)據(jù)“I”;開關(guān)鍵控調(diào)制方式對(duì)電路要求簡單，不需要進(jìn)行碼元同步，而且其帶寬利用率高，是目前支持IM/DD帶寬利用率最高的調(diào)制技術(shù)。脈沖位置調(diào)制將發(fā)射波形進(jìn)行等比例劃分成多個(gè)小時(shí)隙，小時(shí)隙的位置不同，表示的信息不同。脈沖位置調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是提高了能量利用效率，但是其對(duì)帶寬的要求高，并且在接收端需要時(shí)隙同步和碼元同步，這也增加了電路的難度。數(shù)字脈沖間隔調(diào)制則是在脈沖位置調(diào)制的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而提出的非等時(shí)脈沖間隔調(diào)制方式，使用和脈沖位置調(diào)制相同的小時(shí)隙，但是碼元長度是變化的，不同的碼元長度表示不同的信息；與開關(guān)鍵控調(diào)制相比，數(shù)字脈沖間隔調(diào)制有更高的能量利用率；與脈沖位置調(diào)制相比，在接收端不需要進(jìn)行時(shí)隙同步和碼元同步，降低了電路的復(fù)雜程度。但是，數(shù)字脈沖間隔調(diào)制對(duì)帶寬的要求同樣很高。對(duì)于實(shí)際光通信系統(tǒng)，由于發(fā)光元件LED的開關(guān)速度有限，往往成為傳輸速度瓶頸，導(dǎo)致光通信鏈路的通信效率受到限制，典型的往往僅有幾十MHz，如何在帶寬受限制情況下，提高現(xiàn)有光通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，成為研究新型調(diào)制和解調(diào)方式的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了提升光通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率，從而提供一種用于光通信系統(tǒng)中的多進(jìn)制數(shù)字脈沖周期調(diào)制和解調(diào)方法。用于光通信系統(tǒng)中的多進(jìn)制數(shù)字脈沖周期調(diào)制和解調(diào)方法，調(diào)制方法將光通信系統(tǒng)的M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用MDPCM的方法調(diào)制為二進(jìn)制脈沖；所述調(diào)制方法是通過改變M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)中各碼元所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制脈沖的周期T(n)實(shí)現(xiàn)的；所述周期T (n)是根據(jù)公式T(n) = tBS+(n+l) tslot獲得的；其中:n為M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)中的碼元，n = 0，l，...，M-1 &為MDPCM調(diào)制基本波形的持續(xù)時(shí)間，tsl。,為相鄰兩個(gè)碼元的調(diào)制脈沖周期之間的時(shí)間分辨間隔；M為大于2的正整數(shù)。、
解調(diào)方法將調(diào)制后的二進(jìn)制脈沖根據(jù)公式
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tslot獲得解調(diào)制后的數(shù)據(jù)；其中Tx為解調(diào)接收到的二進(jìn)制脈沖周期時(shí)間，[ ]表示取整函數(shù)，當(dāng)n < 0或者n > M-I時(shí),表示n為空碼元,不代表任何信息。M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)中的各碼元的調(diào)制脈沖周期之間的時(shí)間分辨間隔tsl。,與基本波形持續(xù)時(shí)間tBS的關(guān)系，滿足下式tslot〈 tBS MDPCM調(diào)制基本碼元的持續(xù)時(shí)間tBS的取值為
II >-
BS 0.555式中，B為光通信系統(tǒng)的帶寬。MDPCM相鄰碼元的調(diào)制脈沖周期之間的時(shí)間分辨間隔tsl。，的取值為tslot > 2 I TIE式中，TIE為調(diào)制相鄰兩個(gè)碼元的時(shí)間間隔誤差。有益效果本發(fā)明是一種MDPCM調(diào)制方法，本發(fā)明根據(jù)發(fā)送碼元周期的不同來區(qū)別不同的信息，提高了帶寬利用率，相同帶寬下能大幅提高信息傳輸速率。


圖I是本發(fā)明的調(diào)制方法的波形示意圖；圖2是本發(fā)明的光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是脈沖觸發(fā)誤差原理示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖I說明本具體實(shí)施方式
，用于光通信系統(tǒng)中的多進(jìn)制數(shù)字脈沖周期調(diào)制和解調(diào)方法，調(diào)制方法將光通信系統(tǒng)的M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用MDPCM的方法調(diào)制為二進(jìn)制脈沖；所述調(diào)制方法是通過改變M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)中各碼元所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制脈沖的周期T(n)實(shí)現(xiàn)的；所述周期T (n)是根據(jù)公式T(n) = tBS+(n+l) tslot獲得的；其中:n為M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)中的碼元，n = 0，1， ，M-I ；tBS為MDPCM調(diào)制基本波形的持續(xù)時(shí)間，tsl。,為相鄰兩個(gè)碼元的調(diào)制脈沖周期之間的時(shí)間分辨間隔；M為大于2的正整數(shù)。解調(diào)方法將調(diào)制后的二進(jìn)制脈沖根據(jù)公式
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slot獲得解調(diào)制后的數(shù)據(jù)；其中Tx為解調(diào)接收到的二進(jìn)制脈沖周期時(shí)間，[ ]表示取整函數(shù)，當(dāng)n < O或者n > M-I時(shí),表示n為空碼元,不代表任何信息。原理MDPCM調(diào)制(Multi-ray Digital Pulse-Cycle Modulation, M 進(jìn)制數(shù)字脈沖周期調(diào)制)是一種針對(duì)多進(jìn)制傳輸系統(tǒng)的非等時(shí)脈沖時(shí)間調(diào)制方式，屬于脈沖周期調(diào)制范疇。通過將原始數(shù)據(jù)編碼到發(fā)送符號(hào)周期上的方式來傳輸信息。發(fā)送符號(hào)的周期是可變的，由符號(hào)中所攜帶的信息所決定。為了保證高的傳輸速率，相鄰數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的周期時(shí)間差別很小。然后根據(jù)周期的不同，精確的構(gòu)建碼元傳輸?shù)牟ㄐ?。MDPCM調(diào)制是將多進(jìn)制數(shù)調(diào)制不同周期的二進(jìn)制脈沖，在MDPCM調(diào)制中，將M進(jìn)制中信息所有的符號(hào)表示成n，n = 0，1，...，M-1，那么碼元n所對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)周期T (n)為T(n) = tBS+(n+l) tslot(I) 其中tBS為MDPCM調(diào)制基本波形持續(xù)時(shí)間，tsl()t為MDPCM調(diào)制后各碼元的調(diào)制脈沖周期之間的時(shí)間分辨間隔。MDPCM調(diào)制中，tslot與tBS的關(guān)系，滿足下式tslot < tBS(2)接收端解調(diào)時(shí)可以由式(I)求出n，即
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lShl其中Tx為解調(diào)接收到的脈沖周期時(shí)間，[ ]表示取整函數(shù)，當(dāng)n < 0或者n > M-I時(shí)，表示n為空碼元，不代表任何信息。根據(jù)式(I)，可以得出MDPCM調(diào)制信號(hào)波形如圖I所示。MDPCM波形由兩個(gè)部分組成，分別為基本波形部分和信息波形部分?；静ㄐ尾糠质荕DPCM調(diào)制波形的固定部分，由持續(xù)時(shí)間為tBS的“10”脈沖組成，其中“I”電平持續(xù)時(shí)間tH，“0”電平持續(xù)時(shí)間信息波形部分是MDPCM調(diào)制波形的變化部分，持續(xù)時(shí)間為tIS (n)，由n+1個(gè)時(shí)間分辨間隔tsl()t組成。由圖1，MDPCM調(diào)制信號(hào)表達(dá)式為
t 、(I 0<l<tH5I111I) = Irt ,,
I (4)其中，去<!/ ,+(// + !)/, ,，每個(gè)碼元的周期是指當(dāng)前碼元的上升沿到下一
個(gè)碼元的上升沿之間的時(shí)間間隔，由于每個(gè)碼元波形在結(jié)束時(shí)均需要恢復(fù)到零電平，因此該調(diào)制方式屬于歸零碼范疇。在式⑷中,涉及到I^tlj以及tsl()t的取值。下面詳細(xì)分析I^tlj以及tsl()t取值與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系。tH、tL的選擇方法由式(I)得出，min{T(n)} = T(_l) = tBS,是本調(diào)制方式中波形最小周期時(shí)間,根據(jù)時(shí)間和頻率的倒數(shù)關(guān)系，tBS所對(duì)應(yīng)的帶寬為本調(diào)制方式的最高帶寬。由奈奎斯特帶寬知道，若每秒傳輸Rb個(gè)二進(jìn)制碼元，需要的最小帶寬是B =Rb/2Hz,由于實(shí)際濾波器的限制，系統(tǒng)帶寬一般是奈奎斯特最小帶寬的I. I I. 4倍。當(dāng)帶寬B確定后，tH和\的取值應(yīng)滿足
權(quán)利要求
1.用于光通信系統(tǒng)中的多進(jìn)制數(shù)字脈沖周期調(diào)制和解調(diào)方法，其特征是 調(diào)制方法將光通信系統(tǒng)的M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用MDPCM的方法調(diào)制為二進(jìn)制脈沖；所述調(diào)制方法是通過改變M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)中各碼元所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制脈沖的周期T(n)實(shí)現(xiàn)的； 所述周期T (n)是根據(jù)公式 T(n) = tBS+ (n+1) tslot, 獲得的；其中n為M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)中的碼元，n = 0,1,.. ,M-I ;tBS為MDPCM調(diào)制中基本波形的持續(xù)時(shí)間，tsl。,為相鄰兩個(gè)碼元的調(diào)制脈沖周期之間的時(shí)間分辨間隔；M為大于2的正整數(shù)； 解調(diào)方法將調(diào)制后的二進(jìn)制脈沖根據(jù)公式
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于光通信系統(tǒng)中的多進(jìn)制數(shù)字脈沖周期調(diào)制和解調(diào)方法，其特征在于M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)中的相鄰碼元的調(diào)制脈沖周期之間的時(shí)間分辨間隔tsl(rt與基本波形持續(xù)時(shí)間tBS的關(guān)系，滿足下式
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于光通信系統(tǒng)中的多進(jìn)制數(shù)字脈沖周期調(diào)制和解調(diào)方法，其特征在于MDPCM調(diào)制基本波形的持續(xù)時(shí)間tBS的取值為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于光通信系統(tǒng)中的多進(jìn)制數(shù)字脈沖周期調(diào)制和解調(diào)方法，其特征在于相鄰碼元的調(diào)制脈沖周期之間的時(shí)間分辨間隔tsl(rt的取值為 tsiot〉2 I TIE I, 式中，TIE為調(diào)制相鄰兩個(gè)碼元的時(shí)間間隔誤差。
全文摘要
用于光通信系統(tǒng)中的多進(jìn)制數(shù)字脈沖周期調(diào)制和解調(diào)方法，涉及一種多進(jìn)制數(shù)字脈沖周期調(diào)制和解調(diào)方法。它是為了提升光通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率。調(diào)制方法將光通信系統(tǒng)的M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用MDPCM的方法調(diào)制為二進(jìn)制脈沖；所述調(diào)制方法是通過改變M進(jìn)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)中各碼元所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制脈沖的周期實(shí)現(xiàn)的；解調(diào)方法將調(diào)制后的二進(jìn)制脈沖根據(jù)解調(diào)公式獲得解調(diào)制后的數(shù)據(jù)。本發(fā)明適用于光通信系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)H04B14/02GK102638315SQ201210143290
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者任廣輝, 何勝陽, 吳芝路, 趙雅琴, 陽云龍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)