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针对无线光通信脉冲位置调制(PPM)与信道纠错编码的有效结合问题,提出一种大气无线光通信乘积编码PPM新方案。将比特交织和迭代技术引入分组乘积编码PPM中,利用比特交织使信号衰落变得独立,并根据最大似然准则推导得到了弱湍流高斯级联信道下PPM软解调方法,将其与分组码的软输入软输出(SISO)译码算法相结合,进行解调译码的联合迭代。在弱湍流大气条件下仿真及分析表明,方案与独立解调解码的比特交织乘积编码PPM相比,在误码率10-5下有约1 dB的增益,且在高码率下可获得优异差错性能,有利于降低系统传输带宽需求并提供高可靠性的信息传输,为纠错编码与PPM的高效联合提供了解决方法。
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书书书
第
31
卷
第
8
期
光
学
学
报
Vol.31
,
No.8
2011
年
8
月
犃犆犜犃犗犘犜犐犆犃犛犐犖犐犆犃
犃狌
犵
狌狊狋
,
2011
无线光通信中一种迭代解调的比特交织乘积
编码脉冲位置调制
胡
昊
1
,
2
王红星
1
,
2
徐建武
2
孙晓明
1
,
2
刘
敏
1
,
2
1
海军航空工程学院电子信息工程系,山东 烟台
264001
2
山东省信号与信息处理重点实验室,山东 烟台
( )
264001
摘要
针对无线光通信脉冲位置调制(
PPM
)与信道纠错编码的有效结合问题,提出一种大气 无线 光通信 乘积 编码
PPM
新方案。将比特交织和迭代技术引入分组乘 积 编码
PPM
中,利 用比 特交 织 使信 号衰 落 变得 独立,并 根 据最
大似然准则推导得到了弱湍流高斯级联信道下
PPM
软解 调方法,将其 与分 组码的 软输 入软输 出(
SISO
)译 码算 法
相结合
,进行解调译码的联合迭代。在弱湍流大气条件 下仿 真及 分 析表 明,方案 与 独立 解调 解 码的 比特 交 织乘 积
编码
PPM
相比,在误码率
10
-5
下有约
1dB
的增益,且在高码率下可获得优异差错性能,有利于降低系统传输带宽
需求并提供高可靠性的信息传输
,为纠错编码与
PPM
的高效联合提供了解决方法。
关键词
光通信;编码调制;迭代解调;脉冲位置调制;差错性能
中图分类号
TN929.12
文献标识码
A
犱狅犻
:
10.3788
/
犃犗犛201131.0806004
犅犻狋犐狀狋犲狉犾犲犪狏犲犱犘狉狅犱狌犮狋犆狅犱犲犱犘狌犾狊犲犘狅狊犻狋犻狅狀 犕狅犱狌犾犪狋犻狅狀狑犻狋犺
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1
,
2
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犵
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1
,
2
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2
犛狌狀犡犻犪狅犿犻狀
犵
1
,
2
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1
,
2
1
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,
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2
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)
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(
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)
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(
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)
狅犳10
-5
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狆
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犓犲
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;
犻狋犲狉犪狋犻狏犲犱犲犿狅犱狌犾犪狋犻狅狀
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犲狉狉狅狉
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犲狉犳狅狉犿犪狀犮犲
犗犆犐犛犮狅犱犲狊
060.2605
;
060.4510
;
010.1330
收稿日期:
20110127
;收到修改稿日期:
20110506
作者简介:胡
昊(
1978
—),男,博士研究生,主 要从 事 大气 无线 光 通信 信 道 评估、调 制 和 信 道编 码 技 术 等方 面 的 研 究。
Email
:
da
q
ibudao
@
163.com
导师简介:王红星(
1962
—),男,教授,博士生导师,主要从事光通信技术和现代通信新技术等方面的研究。
Email
:
buaawhx
@
163.com
1
引
言
由于技术成熟、实现简单,无线光通信系统普遍
采用 强 度 调 制/直 接 检 测 (
IM
/
DD
)的 开 关 键 控
(
OOK
)方式,并要求提供足够大的功 率来克服大 气
08060041
光
学
学
报
湍流引起的光信号随机衰落。但是激光器的高功率
输出不仅困难,而且不经济,另外输出的光功率还应
保证对人眼的安 全。 为此,人们研究 在 无线光通 信
中 采 用 新 的 调 制 方 式
[
1
]
。 其 中 脉 冲 位 置 调 制
(
PPM
)作为 一 种 “平均功率有效 性 调 制”引 起 了 人
们的兴趣
[
2
]
。相 比
OOK
,
PPM
不 仅 具 有 高 的 功 率
利用率
,并且在硬判决时 无 需设置动 态 门限即可 获
得最优检测
,差错性能也 明 显 优 于
OOK
和 脉 冲 间
隔调制(
DPIM
)
[
3
]
。
PPM
的不利因素是牺牲了一定
带宽,但光通信的频带资源丰富,限制主要来自收发
器件的最高开关速 率及信号 展 宽,这随 着 高性能器
件的开发可逐步获得改善。基于以上原因,
PPM
被
认为是适用于未来无线光通信并具有重要应用前景
的调制方式之一。 同时,为 提 高无线光 通 信系统的
抗干扰能力,需 要 采 用 信 道 编 码 技 术,而 如 何 实 现
PPM
与信道编码的有效结合是一个重要的问题。
一些信道编码,如卷 积 码、
Turbo
卷 积 码 (
TC
)
和里德 所罗 门 (
RS
)码 等 已 经 被 提 出 应 用 于
PPM
中
[
4
~
6
]
。由于二进制编码不适用于高阶映 射 方 式,
当发生解调错误 时,无法有 效 进行纠错。 非二进制
在高阶调制中具有更好的适用性,如,对于(
狀
,
犽
)
RS
码和
犕
阶
PPM
,令
狀
=2
犕
-1
,即可以实现二者 匹
配,因此 在 早 期 研 究 中
RS
码 被 广 泛 应 用 于
PPM
中,文献[
7
]还讨论了将
RS
码与卷积码的级联 应用
于大气无线光通信中。
RS
码脱胎于二进制码,采用
硬判决时对于一个符号内的多处错误具有较强的纠
正能力,但是当发生多个符号错误时,其有效性并不
高;而采用软判决的
RS
码由于算法复杂度 过大,对
于高速大气无线光 通 信系统不 适 用而很少 被 采用。
此外,网络 编 码 调 制 (
TCM
)技 术 也 被 应 用 于
PPM
调制 中
[
8
]
,这 种方案由于 在设计时考 虑了编码与 调
制的联合,可以有效增加 调 制信号集 的 最小欧氏 距
离,因此在高斯条件下获得额外的调制增益,但在衰
落信道中
,该方 案 的有效性 并 不理想。 由于高阶 错
误解调不适用于二进制码,为改善接收性能,一些文
献采用译码器的软输出修正解调判决的方法。文献
[
9
~
11
]给出了一 种 串 行 级 联 卷 积 编 码
PPM
调 制
(
SCPPM
/
SCAPPM
)方 案,将卷积码与带有 累 加 器
的
PPM
进 行 级 联,信 号 在 接 收 端 的 解 调 器 和 译 码
器间进行迭代
,这 种 方 案 被 应 用 于 深 空 光 通 信 中。
文献[
12
]在其基础 上,在编 码 器后增加 了 一个奇偶
校验单元,在 获 得 较 优 性 能 的 同 时,实 现 了 可 变 码
率,称为
SPCSCPPM
,但这种方案增 加了译码的 复
杂度,且只能实现 低 码率下的 调 整。文献 [
13
]直接
将卷积码与
PPM
级 联,给 出 一 种 减 小 了 译 码 复 杂
度的
SCPPM
方案,并进 一 步研究了 迭 代解调在多
脉冲位置 调 制 (
MPPM
)中 的 应 用。 但 由 于 卷 积 码
的软输入软 输 出 (
SISO
)算 法 在 增 加 寄 存 器 及 并 行
输入输出数时会导 致较大系 统 开销,因 此 上述方案
均只适用于低码率的情况。
本文提出一种迭代解调译码的比特交织乘积编
码脉冲位置调制(
BIPCPPMID
)方案,将比 特交织、
分组 乘 积 编 码
PPM
和 迭 代 解 调 译 码 技 术 相 结 合,
在运用比特交织实 现信号时 间 分集的基 础 上,通过
推导弱湍流与高斯级联信道下
PPM
的软解调方法
和分析分组码
ChaseSISO
译码算法,实现了解调译
码的外信息联合迭代。通过仿真与独立解码解调的
比特 交 织 乘 积 编 码 位 置 调 制 (
BIPCPPM
),
RS+
PPM
,
TCM+PPM
和 迭 代 卷 积 码
SCPPM
方 案 的
比较分析,得出了相关结论。
2
系统模型
BIPCPPMID
大 气 无 线 光 系 统 模 型 如 图
1
所
示。输入比特首先送入线性分组乘积编码器进行编
码,已编码信息经过交织后映射为
PPM
符号形式,
图
1 BIPCPPMID
系统模型
Fi
g
.1 BIPCPPMIDs
y
stem model
08060042
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