基于APPM的TCM码在无线光通信系统中的误码性能分析[1]

第24卷第2期2008年4月
德州学院学报
Journal of Dezhou U niversity
V ol.24,N o.2
Apr.,2008
基于APPM 的TCM 码在无线光通信系统中的
误码性能分析
刘朋壶,李涛东,敖发良
(桂林电子科技大学信息与通信工程学院,桂林　541004)
摘　要:把网格编码调制(TCM )引入到光脉冲幅度位置调制(APPM )中,研究其对无线光通信系统误码性能的改善.通过分析及对2×4-TCMA PPM 、4PPM 和2×8-TCMAPPM 、8PPM 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,2×4-TCMAPPM 与4PPM 信息速率相同,但前者误码性能优于后者,且最大达到14.7dB ;2×8-TCMA PPM 的信息速率与8PPM 相同,但前者误码性能优于后者,且最大可达到11.7dB.
TCM 确实能有效地改善系统的差错性能.
关键词:脉冲幅度位置调制;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:100429444(2008)022*******
收稿日期:2008201220
基金项目:军事预研项目(B00109)
作者简介:刘朋壶(19742),男,湖南湘潭人,讲师,硕士,主要从事无线通信方面的研究.
引言[1]
近些年来无线激光通信研究成为研究的热点,
由于PPM (脉冲位置调制)的高能量效率、高灵敏度和功率利用率而被广泛应用于无线光通信之中.网格编码调制(TCM )在不扩展带宽、不降低频带利用率,也不降低功率的情况下,能提高误码性能;A ×M -A PPM (脉冲幅度位置调制,A 代表幅度,M 代表位置)是对脉冲的幅度和位置进行混合调制来传递信息的.A PPM 继承了PPM 的高能量传输效率,且可以在不扩展带宽的情况下传递更大的码元.
这使得A PPM 比PPM 更适合使用TCM (网格编码调制)技术,从而改善无线光通信系统的误码性能.文中将TCM 引入到光A PPM 系统中,设计出了TCM -A PPM 通信框图,对为什么在无线光通信中采用A ×M -A PPM 方案进行了详尽的分析,并对2×4-TCMA PPM 、4PPM 和2×8-TCMA PPM 、8PPM
分别进行了MA TL AB 仿真,仿真结果表明:把TCM 引入光A PPM 系统中,确实能有效地改善系统的误码性能.
1　系统模型
[2-4]
图1　基于无线光信道的光TCMAPPM 传输的系统模型图
图1是基于无线光信道的TCMA PPM 传输的
系统模型图,输入二进制序列{a j }被编码、调制后转化为光能量信号X (t ).设传输信道对脉冲的响应函数为h (t )(对于图中的传输和接收系统为常数),功率谱密度为N 0的加性高斯白噪声(AWGN )N (t )是与X (t )独立的随机变量.接收端对每个码元的所有时隙进行积分,取最大值对应的位置,再对该位置脉冲的幅度进行判决得出幅度值,然后综合位置和幅
度信息求得码元值,最后经过TCM 维特比译码恢
复出比特信号{a j },在这里编码与调制以及译码与解调必须结合起来考虑.为了对加TCM 编码和不加TCM 编码的调制方案进行比较,定义信噪比为
S N R =
2P 2av R 2
T c
N 0
(1)这里P av 、T c 分别表示平均光功率和脉冲持续时间,R 表示光电检测器的灵敏度
.
图2　PPM 和APPM 典型调制图
a )4PPM
b )APPM (2×4)
图2a )、b )分别是PPM 和A PPM 的典型调制
例子,在M -PPM 调制中把k 个比特先转化为M (=2k )进制中的一个码元,把此码元对应的时间间隔分成M 个时隙,每个码元用一个不同的时隙来传送一个脉冲,因此有M 种可能的波形
p k (t )=P p p T c (t -i T c )i ∈{0,1,…M -1}
P T c (t )是幅度为1的矩形脉冲,脉冲宽度为T c =T s /M.脉冲平均功率和峰值功率的关系是
P av =P p /M
A ×M -A PPM 码元对应M 个持续时间为T c 的时隙,其中仅一个时隙有一个脉冲,脉冲幅度是A 种可能的幅度值之一,由脉冲的位置和幅度共同确定码元值.所以有A ×M 个码元波形
p k (t )=j P p p T c (t -i T c ),j ∈{0,1,…,A },i ∈{0,1,…M -1}
脉冲平均功率与峰值功率的关系是
P av =P p (1+A )/2M
2　A PPM 的带宽效率
[2,4]
传输脉冲信号所需的带宽与脉冲的宽度成反比.因此采用OO K 调制时,带宽就约等于比特速率R b ,那么比特速率为R b 的信号采用M -PPM ,所需的带宽为M R b /log 2M .假定码元之间是相互独立的,且出现的概率相等,则有如下的功率谱密度公式
M -PPM :
S PPM (f )=P (f )
2
T
1-1M sin (πf T )sin (πf T/M )2(2)A ×M -A PPM :
S
A ×M -A P PM
(f )=
P (f )2
(A ×M )T
M
∑
A
i =1
i 2
-∑
A
i =1
i
2
(A ×M )sin (πf T )
sin (πf T/M )
2
(3)
根据以上两个公式可得出几个采用这两种调制的例子的功率谱密度图从图3可以看出,虽然M 值不
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图3　当M 分别等于2和4时的M -PPM 和
2×M -APPM 的功率谱密度图
同,但M -PPM 和2×M -A PPM 的曲线几乎重合
(对于A >2,也有同样的结果).因此,可以得出结论:把M -PPM 转化为A ×M -A PPM 几乎没有带宽的扩展;所以可以认为A PPM 的带宽也与脉冲宽度成反比.
3　TCM 运用于光A PPM
[2,4,5]
传统的纠错方法是把调制和编码分开,这样往往导致带宽的增加,这对于带宽受限信道是不能接受的,比如对PPM 信号使用码率为1/2的卷积码,在没有编码的情况下2k -PPM 的脉冲宽度与比特宽度的关系为
T c =
k
2k
T b (4)
而使用使用码率为1/2的卷积码后,则变为
T c =
k
2×2k
T b (5)
假如带宽受限,根据前面的分析(脉冲宽度与带宽成
反比),必须降低PPM 的维度;例如未编码的16-PPM 应变为编码的4-PPM ,未编码的64-PPM 应变为编码的16-PPM ,以阻止带宽的增加.这样平均功率将升高3分贝,也就意味着卷积码必须通过非常复杂的译码提供至少3分贝的编码增益,这是很难做到的.因此对于带宽受限信道,应该采用把调制和编码结合起来的调制方案:网格编码调制TCM.A ×M -A PPM 既能扩大M -PPM 的码元尺寸又不会增加带宽,可以很好的运用于TCM.根据网格编码调制的码元分割原则,得到了2×4-A PPM 和2×8-A PPM 的好码,并分别对4-PPM 、2×4-TCMA PPM (编码效率为2/3)和8-PPM 、2×8-TCMA PPM (编码效率为3/4)进行
仿真.
4　结论
从图4和图5可以看出把TCM 编码引入A P 2
PM 中,在保持带宽不变的前提下,2×4-TCMA P 2PM 与4-PPM 信息速率相同,但前者误码性能优于后者,且最大达到1417dB ;2×8-TCMA PPM 的信息速率与8-PPM 相同,但前者误码性能优于后者,且最大可达到1117dB.TCMA PPM 方案代替PPM 确实能有效地改善系统的误码性能;所以A ×M -A PPM 是一种简单有效的扩大PPM 码元尺寸从而更适合TCM 技术的方案.从图中还可看出2×4-TCMA PPM 误码性能优于4-PPM 的程度比2×8-TCMA PPM 误码性能优于8-PPM 的程度大,这是因为2×4-TCMA PPM 的冗余度高于
2×8-TCMA PPM 的冗余度.
参考文献:
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7
3　第2期 刘朋壶,等:基于A PPM 的TCM 码在无线光通信系统中的误码性能分析
电大学出版社,2004.
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BER Performance of Analysis of TCM Code B ased on APPM for
Optical Wireless Communication System
L IU Peng-hu,L I Tao-dong,AO Fa-liang
(Guilin University of Electronic Technology,Guilin541004,China)
Abstract:Trellis Coded Modulation(TCM)int roduced into A PPM in optical wireless communication sys2 tem,to find it s imp rovement of t he B ER performance of optical wireless communication system.Through a2 nalysis and MA TL AB simulation of2×4-TCMA PPM,4PPM and2×8-TCMA PPM,8PPM,result is t hat holding bandwidt h constant,The B ER of performance of2×4-TCMA PPM is above up to14.7dB times better t han4PPM as t heir information speed is t he same and t he B ER of performance of2×8-TC2 MA PPM is above up to11.7dB times better t han8PPM while t heir information speed is t he same.Conclu2 sion is acquired t hat TCM improves t he error performance of t hat system effectively.
K ey w ords:A PPM;TCM;MA TLAB;error rate
(上接第30页)
参考文献:
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科学出版社,1988.
U nique Extremal Q uestion of T eichmüller Space
WU Yan,WAN G Guang-lan
(Depart ment of Mat hematics,Linyi Normal U niversity,Linyi Shandong276005,China)
Abstract:It was shown t hat t here exist sμsuch t hatμhas non-constant modulus and is uniquely ext remal by Bo in et al.In t his paper,we give some equivalence conditions of unique ext remality forμwit h no n-constant modulus.In addition,some local p roperties of constant modulus Belt rami coeffcient s are given.
K ey w ords:Teichmüller space;unique ext remality;Belt rami coeffcient
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