基于大气光通信偏振PPM的误码率研究
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万方数据万方数据1666仪器仪表学报第31卷种为乘性噪声。
一般信道传输中大气湍流引起的噪声为乘性噪声,光电检测引入背景噪声,即加性噪声。
设激光器的输出电流为i。
(t),考虑乘性噪声电流ir(t)和加性噪声电流iⅣ(t),则光电探测器输出为:i。
(t)=i。
(t)×[1+i妒(t)]+iⅣ(t)(5)光电检测有两个PIN二极管,一个检测垂直方向的光脉冲,一个检测水平方向的光脉冲。
设水平方向光电探测器的噪声电流为i脚(f),垂直方向探测器的噪声电流为iw(t)。
在同一信道中,乘性噪声相同,而PIN二极管不同,加性噪声相互独立【1引。
则PIN二极管输出为:‰(t)=i,(t)X[1+ir(t)]+t’NH(t)(6)i%(t)=f,(1)×[1+i甲(t)]+i~v(t)(7)式中:i。
(t)为水平输出电流,i,(£)为垂直输出电流。
通过测量町以得到经过大气信道的光偏振角:[0]=arctan孚(8)』£式中:[]表示取整,0是解调出的光偏振角,,,是垂直光强度,L是水平光强度。
若考虑加性噪声和乘性噪声,则解凋角度:㈨…t粕等等岩黼㈩若ION一0I<1,角度解调没有错误。
而在两种情况下,角度解调将产生错误。
一种是I钆一0I≥l,另一种情况为10。
一0I≤一1。
角度解调产生误码的概率为:P。
=P[P(0。
一0≥1)uP(0Ⅳ一0≤一1)](10)所以总的误码率为:P。
=P。
l+匕=P{i_lvy(t)X[i。
(t)一0.017i6(t)]≥0.017[1+ir(t)]×[£(t)+i2b(t)]+isH(t)[0.017i。
(£)+瓦(£)]}+P{i胛(t)×[i。
(t)+0.017i6(t)]+0.017[1+i甲(f)]×[i:(t)+i;(t)】≤isH(t)[ib(f)一0.017i。
(f)]}(11)3.2.1乘性噪声只考虑乘性噪声时,即加性噪声i脚(t)=‰(1)=0,则误码率P,=0。
TCM 码在光PPM 通信系统中的误码性能分析刘朋壶,敖发良,杨志程(桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004)摘要:文章把网格编码调制(TCM )引入到光脉冲位置调制(PPM )中,研究其对光PPM 系统误码性能的改善。
通过理论推导及对8T 2PPM 、16PPM 和16T 2PPM 、32PPM 分别进行MA TL AB 仿真,得到以下结论:在保持带宽不变的前提下,8T 2PPM 与16PPM 信息速率相同,但前者误码性能优于后者,且最大达到4.8dB ;虽然16T 2PPM 的信息速率是32PPM 的1.2倍,但前者误码性能优于后者,且最大可达到3.4dB 。
TCM 确实能有效地改善系统的误码性能。
关键词:脉冲位置调制;网格编码调制;MA TL AB ;误码率中图分类号:TN911.3 文献标识码:A 文章编号:100528788(2008)022*******Error performance analysis of TCM codein PPM 2based optical communication systemsLiu Penghu ,Ao F aliang ,Yang Zhicheng(Information &Communication College ,Guilin University of Electronic Technology ,Guilin 541004,China )Abstract :Trellis Coded Modulation (TCM )is introduced into PPM to investigate the error performance improvement in optical Pulse Position Modulation (PPM )systems.Theoretical deduction and MA TL AB simulation and comparisons of 8T 2PPM with 16PPM and 16T 2PPM with 32PPM respectively ,produce the following results.When the bandwidth is kept constant ,8T 2PPM and 16PPM have the same information rate ,but the error performance of the former is better than the latter ,up to 4.8dB at the maximum.On the other hand ,the information rate of 16T 2PPM is 1.2times that of 32PPM ,but it has better er 2ror performance ,up to 3.4dB at the most.These results prove that the introduction of TCM into PPM does effectively im 2prove the error performance of the system.K ey w ords :PPM ;TCM ;MA TL AB ;error rate 无线光通信具有通信容量大、传输速率高等诸多优点,有着广阔的应用前景。
基于PPM和RS码的无线光通信系统性能分析的开题报告一、研究背景随着无线通信技术的不断发展,无线光通信作为一种新兴的通信技术,因其特有的高带宽、低时延、免受干扰等特点变得越来越受到关注。
基于脉冲位置调制(PPM)和Reed-Solomon(RS)码,构建的无线光通信系统,在实现高速率同时,还能获得较好的抗噪声性能。
近年来,该无线光通信系统在视频传输、医疗、车联网等领域得到了广泛应用。
二、研究内容本课题旨在研究基于PPM和RS码的无线光通信系统,探索该系统的性能特点及其可行性。
首先,对PPM和RS码进行原理分析,对于无线光通信系统涉及到的关键技术点,包括调制方式、信道编码等进行详细的研究和分析。
然后,搭建基于PPM和RS码的无线光通信系统模型,在模型中考虑多种异物干扰,如气象、人类活动等,通过实验仿真与理论分析来探讨其性能特点,如误码率、传输距离等。
最后,探索如何进一步提高该无线光通信系统的性能,并对未来研究进行展望。
三、研究意义本研究可以提高人们对无线光传输技术的认知,深入了解PPM和RS 码原理,推动该技术在多个领域的应用。
同时,对于实际应用情况,本研究可以为无线光通信系统的设计和优化提供有价值的参考。
此外,本研究还可以为学术界进一步探讨无线光通信等相关技术提供新的思路和方法。
四、研究方法本研究采用理论分析与仿真对基于PPM和RS码的无线光通信系统进行性能分析,并将仿真结果与理论结果进行验证。
具体方法包括:1. PPM和RS码的原理分析;2. 基于MATLAB等软件搭建仿真平台,实现基于PPM和RS码的无线光通信系统;3. 通过实验仿真与理论分析,探索该系统的性能特点,如误码率、传输距离等;4. 提出并实现改进策略,在性能和可靠性上进行优化。
五、研究进展目前,已经进行了PPM和RS码的原理分析,开始搭建基于PPM和RS码的无线光通信系统模型,初步实现了简单的仿真和理论分析,在误码率和传输距离等方面,初步掌握了该系统的性能特点。
光通信系统中的误码率分析与改进技术光通信系统是一种利用光纤传送信息的高速通信系统,其优势包括高带宽、低损耗、抗干扰能力强等特点,被广泛应用于长距离、大容量的数据传输领域。
然而,在实际应用中,光通信系统中难免会出现误码率问题,这会导致数据传输错误,降低整个通信系统的性能。
本文将对光通信系统中的误码率进行分析,并探讨一些改进技术。
误码率是指在信号传输过程中出现错误的比率,通常用位误码率(BER)来表示。
对于光通信系统而言,误码率的高低直接影响到数据传输的可靠性和整个系统的性能。
因此,误码率的分析和改进技术对于提高光通信系统的性能至关重要。
首先,我们将从光通信系统中误码率的产生原因入手。
误码率的主要来源包括光纤的色散、光纤的衰减、光源功率的不足、光接收器的接收灵敏度不足等。
其中,光纤的色散和衰减是光通信系统中最主要的误码率来源。
光纤的色散是指不同波长的光信号在光纤中传播速度不同而引起的信号失真现象。
当光信号经过一段光纤传输后,不同频率的光信号将会出现不同程度的时间延迟,导致光脉冲在时域上发生扩散,从而影响信息的正确传输。
为了降低光纤的色散对误码率的影响,可以采用光纤的色散补偿技术。
常见的光纤色散补偿技术包括光纤光栅补偿、光纤色散补偿器件等。
光纤的衰减是指光信号在光纤传输过程中的功率损耗。
光纤的衰减会导致信号强度减弱,降低光信号的噪声容限,从而增加误码率。
为了降低光纤的衰减对误码率的影响,可以采用光放大器技术。
常见的光放大器有掺铒光纤放大器(EDFA)、掺镨光纤放大器(PDFA)等。
光放大器可以在光信号传输过程中补偿光纤的功率损耗,提高信号的强度和噪声容限,从而降低误码率。
除了光纤本身的问题,光通信系统中的光源和接收器也会对误码率产生影响。
光源功率的不足会导致光信号衰减,增加误码率。
提高光源的功率输出可以有效降低误码率,例如使用高功率激光器、增加激光器驱动电流等。
而光接收器的接收灵敏度不足也会导致误码率的增加。
2009 年第4期(总第154 期)光通信研究STUD Y ON OP TICAL COMMUNICA TIONS2009 . 08( Sum. No. 154)无线光通信无线光通信中P PM 的差错编码调制研究张铁英 1 ,王红星 2 ,邢永强 3 ,胡昊1(1. 海军航空工程学院研究生管理大队,山东烟台264001 ; 2. 海军航空工程学院电子信息工程系,山东烟台264001 ; 3. 中国人民解放军92514 部队,山东烟台264001)摘要: 文章推导了基于线性分组码的脉冲位置调制( PPM) 通信系统纠错后的差错概率上限,分析了差错编码的纠错能力和PPM 位分辨率的参数设置对差错性能的影响,幵迚行了仺真。
结果表明,在纠错个数能被位分辨率整除时, PPM 系统达到较高编码调制性能,同时指出适合PPM 系统的纠错编码一般为高阶码。
关键词: 无线光通信;编码调制;脉冲位置调制;误码率中图分类号: TN929. 12 文献标识码:A 文章编号:100528788 (2009) 0420067204PPM2based error control code modulation in optical wireless communicationsZhang T ieying1 , Wang Hongxing2 , X ing Yongqiang3 , H u Hao1(1. Graduate St udents Brigade of Naval Aeronautical Engineering In stit ute , Yantai 264001 , China ;2. Department of Electronic Engineering of Naval Aeronautical an d Astronautical Univ ersity , Yantai 264001 ,China ;3. The Unit of 92514 , Yantai 264001 ,China)Abstract :This paper der ives the upper bo un ds of the bit error rate of the Pulse Position Modulation ( PPM) sy stem after error correction by usin g linear block code an d analyzes the effects of the error correction cap ability of the error co din g an d the param2 eter setting of the PPM resolution o n the error performances. Sim ulation results sho w that when the n um ber s of the error cor2 rections are divided exactly by the bit resolution , the PPM system will have higher code mo dulation performance an d higher or2 der er ror control co des are generally preferable to the PPM sy stem.K ey words :optical wireless comm unication ;coded mo dulation ; PPM ;B ER无线光通信作为一种新型的通信技术,可同时满足通信服务的宽带和可移动要求,建设实现快捷, 近年来受到了广泛关注[ 1~2 ] 。
光通信传输中实时误码率监测算法研究一、引言随着信息时代的到来,信息传输已经成为现代社会必不可少的组成部分,在信息传输方式中,光通信由于其信号传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等特点,已经成为主要的信息传输方式。
但是,即使是在光通信中,由于信号在传输过程中受到了各种噪声干扰等不利因素影响,还是会出现误码的情况。
如果误码率过高,会导致信息的传递失败。
因此,实时监测光通信中的误码率,对保障信息的传输质量,维护光通信的稳定性具有重要的研究意义。
二、误码率的定义和产生误码率是指信号在传输过程中产生误码的比例,计算方法是分母表示所有传输的比特数,分子表示产生误码的比特数。
误码往往由信道中的噪声、误差、时钟漂移、衰减等因素引起。
在信号传输的过程中,光信号在经过光纤时会受到一系列的噪声和失真的影响,尤其在长距离高速传输中,透射、衰减、色散、非线性失真等因素的影响,极易引发出误码。
一旦出现误码,就有可能导致信号传输的中断或是后续信号的延迟,这给信息的传输带来了很大的危害。
三、实时监测技术的研究进展要使光通信传输中的误码率能够得到实时监测,需要在实际传输中边传输边监测,并及时采取相应的措施纠正问题。
目前,已经有一些实时监测技术得到了广泛的应用。
1. 比特错误率检测技术比特错误率(BER)检测技术是实际应用中最常用的误码率检测方法。
BER检测技术通过发送已知的比特模式,并通过比较接收到的比特模式与原始的比特模式,来检查在传送期间是否发生了错误。
但是该方法需要较高的计算代价,只能用于低速传输。
2. 空间分布式传感技术光纤中的光信号传播速度非常的快,过程中发生的变化也非常的微小。
空间分布式传感技术基于这个特点,通过将传感器放置在光纤上,来检测信号在传输过程中的变化。
该技术最大的优点是可以实现在一条光纤上的多点同时监测,但是该技术在实际应用中难以大规模地使用、成本很高。
3. 异常事件检测技术异常事件检测技术主要是通过检测异常事件的出现来判断是否出现误码情况。
万方数据万方数据1666仪器仪表学报第31卷种为乘性噪声。
一般信道传输中大气湍流引起的噪声为乘性噪声,光电检测引入背景噪声,即加性噪声。
设激光器的输出电流为i。
(t),考虑乘性噪声电流ir(t)和加性噪声电流iⅣ(t),则光电探测器输出为:i。
(t)=i。
(t)×[1+i妒(t)]+iⅣ(t)(5)光电检测有两个PIN二极管,一个检测垂直方向的光脉冲,一个检测水平方向的光脉冲。
设水平方向光电探测器的噪声电流为i脚(f),垂直方向探测器的噪声电流为iw(t)。
在同一信道中,乘性噪声相同,而PIN二极管不同,加性噪声相互独立【1引。
则PIN二极管输出为:‰(t)=i,(t)X[1+ir(t)]+t’NH(t)(6)i%(t)=f,(1)×[1+i甲(t)]+i~v(t)(7)式中:i。
(t)为水平输出电流,i,(£)为垂直输出电流。
通过测量町以得到经过大气信道的光偏振角:[0]=arctan孚(8)』£式中:[]表示取整,0是解调出的光偏振角,,,是垂直光强度,L是水平光强度。
若考虑加性噪声和乘性噪声,则解凋角度:㈨…t粕等等岩黼㈩若ION一0I<1,角度解调没有错误。
而在两种情况下,角度解调将产生错误。
一种是I钆一0I≥l,另一种情况为10。
一0I≤一1。
角度解调产生误码的概率为:P。
=P[P(0。
一0≥1)uP(0Ⅳ一0≤一1)](10)所以总的误码率为:P。
=P。
l+匕=P{i_lvy(t)X[i。
(t)一0.017i6(t)]≥0.017[1+ir(t)]×[£(t)+i2b(t)]+isH(t)[0.017i。
(£)+瓦(£)]}+P{i胛(t)×[i。
(t)+0.017i6(t)]+0.017[1+i甲(f)]×[i:(t)+i;(t)】≤isH(t)[ib(f)一0.017i。
(f)]}(11)3.2.1乘性噪声只考虑乘性噪声时,即加性噪声i脚(t)=‰(1)=0,则误码率P,=0。
由此可得,在只考虑乘性噪声的情况下,角度解调误码率为0,即不产生任何误码。
3.2.2加性噪声在只考虑加性噪声,即乘性噪声i甲(t)=0。
对于光学探测来说,在大多数情况下噪声的来源是大量互相独立的个体累加的结果【144引。
耻亡历1磊唧协哳(篇卜(12)式中:al=i,(t)一0.017i,(t),JBl=0.017i,(f)+iy(t),后=0.017瞳(t)+i2y(t)]。
一般情况下,我们正是考虑调制角度小于89。
时的误码率,所以在上述推导的过程中a。
>0是恒成立的。
议口2=i,(t)+0-017i,(f),岛=i,(t)一0.017i,(t),同理可得:匕=亡历1蒜exp-lka"ke∥c(、舭i月vaz叫+k]‰(13)一般情况下,我们正是考虑调制角度大于lO时的误码率,所以在上述推导的过程中岛>0是恒成立的。
则总误码率为:t=亡丽1瓦唧一溉e咖(装)‰+[不嚣妒枷k咖(簇)出脚㈣,4实验仿真4.1门限判决法误码率仿真当系统只有加性噪声时,在不同门限阈值下信噪比与系统误码率的仿真结果如图3所示。
图3分别计算了当SNR从0~20dB时不同门限阈值下的BER曲线,主要讨论了阈值系数k=1/'4、1/3、1/2、3/5、4/5情况下,功率信噪比与系统误码率的关系。
从图中可以看出在同一阈值系数时,随着功率信噪比的增大,误码率是降低的,这主要由于信噪比增加,对噪声抑制能力增加,所以误码率减小,而在信噪比较低的情况下,系统误码率也较大;不同的阈值系数其误码率曲线不同,当阈值门限为1/2时,BER曲线值最低,这主要是由于一个给定的脉冲,其重现发生误码的概率为1/2。
图3不同信噪比下的误码率Fig.3BERunderdifferentsigIIaltonoiseratios同一功率信噪比时,在不同信噪比下门限阈值与系统误码率的仿真结果如图4所示。
图4分别讨论了信噪比SNR=1、5、10情况下,门限阈值与系统误码率的关系。
从图中可以看出在同一功率信噪比的情况下,阈值系数后对误码率有很大影响。
阈值系数并不是越大越好,阈值系数越大,门限值越高,将脉冲“1”判为“0”的概率增大;阈值系数越小,fj限值越低,将脉冲“0”判为“l”的概率增大,所以最佳阈值系数为彪=1/2。
万方数据第7期杨利红等:基于大气光通信偏振PPM的误码率研究1667图4阈值系数k对误码率的影响Fig.4BERunderdifferentthresholdcoefficientk4.2角度解调误码率仿真角度解调引起的系统误码率主要是信道噪声和光电探测器的背景噪声引起的。
信道噪声一般不产生角度误码,光电探测器对不同角度误码率的影响是不同的。
因此我们分别对偏振角度为300、45。
、60。
、750的PPM调制系统进行仿真。
其仿真结果如图5所示,(a)、(b)、(c)、(d)分别为偏振角度为300、450、60。
、750的系统误码率仿真图。
由图5可知,在同一偏振角度下,噪声功率越小,系统误码率越小。
这主要是由于噪声越小,意味着信号越强,则误码率越小;在相同的噪声功率下,偏振角300时BER最高,偏振角750时BER误最低。
这主要由于光信号在大气信道传输时,水平相位抖动比垂直相位抖动幅度大,即偏振角度越大相位抖动越小,信号到达探测器时功率衰减相对越小,系统误码率越低。
图5角度解调引起误码率的仿真Fig.5SimulationdiagramofBERcausedbyangledemodulation5结论根据以卜讨论分析可知,门限判决法引起的系统误码率不仪跟接收信号的功率信噪比有关,同时还与门限阈值有关;角度解调引起的系统误码率不仅跟垂直和水平检测的噪声功率有关,而且跟偏振角度有关。
通过数值仿真计算得出以下结论:1)门限判决:当阚值系数相同时,取信噪比为0—20dB,则探测门限判决引起的系统误码率随着信噪比的增大由100下降到lO~,门限阈值为1/2时误码率最低。
这主要由于信噪比增加,对噪声抑制能力增加,所以误码率减小,而在信噪比较低的情况下,系统误码率也较大;不同的阈值系数其误码率曲线不同,当阈值门限为1/2时,BER曲线值最低,这主要是由于信号发生误码的概率为1/2。
2)角度解调:在同一偏振角度下,光电检测后引入的噪声功率越小,系统误码率越小;在相同的探测器噪声功率下,偏振角越小BER越大,偏振角为0。
时BER最高,偏振角90。
时BER误最低。
这主要由于光信号在大气信道传输时,水平相位抖动比垂直相位抖动幅度大,即偏振角度越大相位抖动越小,信号到达探测器时功率衰减相对越小,系统误码率越低。
万方数据仪器仪表学报第31卷通过仿真计算分析,得到了门限判决和角度解调对系统误码率的影响,为我们设计解调系统的判决fJ限和偏振调制角度提供了理论依据。
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