【文章內容簡介】 種最佳準則來設計均衡器的特性,使得經過信道傳輸?shù)氖斩诵盘柵c發(fā)端信號之間達到最佳匹配。因此，自適應均衡能夠實時地跟蹤移動通信信道的時變特性，自適應地進行補充，使其接近不失真?zhèn)鬏斠蟆?第三章 無線光接入的調制解調技術無線接入技術在無線傳輸中一般多使用頻譜效率高、抗干擾性強的數(shù)字調制技術技術。數(shù)字調制最簡單的是二進制調制，即調制信號是二進制數(shù)字信號,因而載波的幅度、頻率或相位只有兩種變化狀態(tài)。在無線接入系統(tǒng)中常用的數(shù)字調制方案可分為線性調制技術、恒包絡調制技術和擴頻調制技術。 線性調制技術方案有PPM、ook、QPSK、MPSK、MQAM等；恒包絡調制技術有MSK、MGSK、2FSK等；擴頻調制技術包括直接序列擴頻、跳頻擴頻和跳時擴頻。第一節(jié) 無線光傳輸系統(tǒng)的線性調制解調技術在數(shù)字無線光系統(tǒng)，我們采用脈沖直接強度調制，光脈沖的產生是通過激光器的開斷來實現(xiàn)的，當發(fā)送信息為“1”碼時，激光器發(fā)出光脈沖，“0”碼時激光器完全關閉。本文中假定進入光無線系統(tǒng)是數(shù)字信息，數(shù)字信息經過編碼處理后是一連串的01碼序列，最簡單的調制方式就是將01序列脈沖直接對激光器進行強度調制，當輸入信息為“1”時，激光器發(fā)出一個寬度為1/Rb、強度為2P的脈沖；輸入信息為“0”時，激光器完全關閉，這就是非歸零的開關鍵控調制（OOK－NRZ）。開關鍵控調制簡單可靠，但是針對無線光傳輸大氣信道，背景噪聲的影響和空間衰減大，OOK調制功率利用率不高，通常會采用脈沖位置調制（PPM）。一、PPM調制　PPM調制原理從其他網(wǎng)絡、接入點或者用戶傳送來的待傳送數(shù)字01碼序列信息，不管是否經過糾錯編碼，如果采用PPM調制，就有一個數(shù)字的01序列映射為另一種01數(shù)字序列的過程，這也可以看著是一個編碼過程。假設有一幀L位的二進制信息，在對應的代碼序列可能是00…..0(共L位)到11…..1(共L位)中的任意一個，那么對應的十進制整數(shù)就為0至（2L－1）中的任意一個，如果我們將這一幀時段劃分位2L個時隙，從0到(2L－1)依次對應于第一個到第2L個時隙，那么也可以用代碼序列00…..0（共L位）到11….1（共L位）去對應第一個到第2L個時隙，這就是數(shù)字PPM調制的原理。假設通信系統(tǒng)的通信時間被分成寬度為T的周期時間段,每時段稱為PPM一幀，每幀時間T分成M個時隙，每個時隙寬度T′為T/M秒，其中前Q個時隙稱為傳信時段Tq(=QT’＝2LT’)，后D個時隙不傳信息稱為靜默時段(dead time)Td(=DT′)，在發(fā)端激光源每隔時間T在其傳信時段Tq中的一個時隙打開(其余時隙關閉)，發(fā)送一個脈沖信號，脈沖寬度為τ。Tq中的Q個時隙位置對應Q個符號,每個符號傳遞Log2Q bit的二進制信息。設置靜默時段Td是由激光器和信道的特性決定的，Td的長度要大于脈沖激光器重建粒子數(shù)反轉需要的最小重復周期，否則激光器不能正常工作，同時要選取Td避免信道色散引起的幀間符號干擾。，決定它的結構參數(shù)是時隙寬度T′、傳信時隙數(shù)Q、靜默時隙數(shù)D和脈沖寬度τ。當脈沖寬度τ小于時隙寬度T′時，這Q個信號集在時間上是正交的，但當脈沖寬度τ大于時隙寬度T′,信號集就失去了正交性。PPM調制的帶寬和功率利用率在無線光接入系統(tǒng)中，大氣信道對傳輸光功率衰減較大，采用PPM調制方式，對于系統(tǒng)的功率利用率有明顯的改善，在含有靜默時段的PPM調制中，帶寬利用率通過優(yōu)化PPM的參數(shù)也會有所改善。我們采用OOK—NRZ調制方式作為參照來分析PPM調制的性能。無靜默時段PPM調制的帶寬和功率利用率如果在PPM幀結構中不加入靜默時段的情況，則一個L位的二進制信息段對應于時隙數(shù)為Q＝2L，幀時段長度為T=QT’，則信息傳輸率Rb=L/T=log2Q/T=log2Q/QT′bit/s每個時隙的傳信量Cp=RT′=log2Q/Qbit/chip對于OOK調制，一幀中的傳信時段僅一個時隙，它利用該時隙的脈沖有無(即開關)來傳遞信息，它一幀的傳信量為2bit/s，每時隙的傳信量Co＝2bit/chip。所以，PPM調制和OOK調制的帶寬利用率之比Cp/Co=log2Q/2Q對于任意Q1，PPM的帶寬利用率都低于OOK，所以在無靜默時段的PPM調制中，是以付出帶寬為代價的。至于功率利用率，假設在相同的時段內T內，PPM脈沖在時隙Tˊ中的占空比為1，峰值功率為PM，則PPM幀的平均功率為Pp=PM/Q而在同樣傳送L位信息的OOK，在時段T內，OOK的時隙寬度為T/L(L=log2Q)，也假設占空比也為1，峰值功率為PM，OOK幀的平均功率就為Po=PM/LPPM和OOK在同一幀時段內的平均功率之比為Log2Q/Q，只要Q大于2，則PPM的功率利用率就要比OOK高。因此，在PPM調制中可以利用峰值功率較高的激光器，從而在大氣信道中傳輸可靠性提高。PPM無線光傳輸系統(tǒng)的解調技術　經過大氣散射信道來PPM調制信號經過光探測器、前置放大電路和線性信道后進行判決解調，通過對信號解調的分析，我們可以得出系統(tǒng)的誤碼率特性。采用直接強度調制的數(shù)字無線光接入系統(tǒng)中，如果背景光噪聲較低，信道模型一般抽象為泊松信道,泊松計數(shù)速率為（λs（t）＋λn），λs(t)是散彈噪聲計數(shù)速率，和探測器探測到的瞬時光功率成比例，λn是背景噪聲的計數(shù)速率，和背景噪聲成比例。但是當λn足夠大時，且系統(tǒng)采用寬帶探測器時，探測器的散粒噪聲可以認為是加性高斯白噪聲（AWGN）再加上一個直流偏置。： N（t）IM/DD無線光信道模型X（t）是發(fā)射光功率，Y（t）是探測器的瞬時電流。X（t）和Y（t）間是一個線性通道，其脈沖響應是h（t）。同樣，信道也可以用頻率響應來表示：通常情況下，即使接收端的信號光經過濾光片后，其背景光噪聲仍然較大，因此，采用上述AWGN模型是正確和便利的。和其他AWGN信道一樣，傳送信號是功率受限的，必須滿足：x(t)≥0x(t)≤P（4－1－15）這樣，光探測器探測到的光信號就是光發(fā)送信號的線性過程再加上高斯白噪聲，且光探測器輸出的光電流正比于光探測器探測到的信號。二、開關鍵控（OOK）調制二進制開關鍵控（OOK）是用在光纖傳輸?shù)闹庇^的簡單調制方案。它是以單極性不歸零碼序列來控制正弦載波的開啟與關閉。 信號的產生脈沖成形低通濾波器n＆(tnTb) b(t)= ngT(tnTb) sook(t)an取值1或0 單極性不歸零碼矩形脈沖序列 ACOSct OOK信號產生如圖，二進制序列an取值1或0，Tb為二進制符號間隔，發(fā)送脈沖成形低通濾波器的沖激響應為gT(t)（為簡便，設其為單極性不歸零脈沖）二進制序列an通過脈沖成形低通濾波后的基帶信號為b(t)= ngT(tnTb)（n+）,再將其與載波相乘就得到OOK信號，sook(t)＝A[ngT(tnTb)]。OOK信號的功率譜密度及帶寬對OOK調制來說，OOK調制的數(shù)字基帶信號是單極性不歸零碼矩形序列，其雙邊功率譜密度中含有離散的直流分量及連續(xù)譜，（Ps(f)＝A2[Pb(ffc)+ Pb(f+fc)）其平均功率譜密度的主瓣寬度為2RB,其所提取的載波可用于相干解調。當信源bit率為R＝b時，光發(fā)送器在間隔丁=1／Rb內發(fā)送光脈沖P(f)來表示“1”，而用不發(fā)光來表示“0”．它所需的帶寬與脈沖寬度成反比，約為Rb= 1／T．OOK信號的解調OOK信號有2種解調方式：相干解調和非相干解調。相干解調的原理是：首先從接收信號中提取離散的載波分量，使得所恢復的頻率及相位與接收信號的載波同頻同向，然后再將接收信號與恢復載波相乘，經低通濾波后，濾除載頻的2倍頻分量，再從低通濾波輸出信號中設法提取時鐘分量，然后將已經同步的時鐘對輸出信號的眼圖最大睜開出進行周期性抽樣、判決再生出數(shù)據(jù)信號。低通濾波器判決（檢測器）帶通濾波器sook(t) r(t) 相干解調器 y(t)抽樣 恢復載波 定時加性白高窄帶濾波器鎖相環(huán)窄帶濾波器斯噪聲 OOK信號相干解調由于OOK信號功率譜密度有離散的載頻分量，所以此載波提取電路可以利用窄帶濾波濾出離散的載頻分量，再通過移相電路就可得到所要求的恢復載波。相干解調的誤碼性能：若上圖的接收帶通濾波器及相干解調的低通濾波器帶寬足夠寬，使得該系統(tǒng)在收端抽樣時刻的碼間干擾近似為0，在無碼間干擾的情況下，在加性高斯噪聲干擾條件下，若OOK信號的傳號和空號等概率出現(xiàn)，相干解調的誤比特率為Pb={a2/8b2}=Q{a2/4b2}試中的b2＝N0B,B為帶通濾波器的帶寬。非相干解調： 包絡檢波器 （非相干解調器） 帶通濾波器判決（檢測器） Sook(t)+nw(t) r(t) V(t) 輸出 抽樣 OOK信號非相干解調若不考慮碼間干擾，僅考慮加性高斯白噪聲 干擾，其誤碼率為：Pb=(A2/8b2)=(eb/2N0)(Rb/B) 在抽樣時刻A2\b高時，非相干解調的平均誤比特率呈指數(shù)特性。 三、差分相移鍵控DPSK調制調制原理DPSK是以前一比特的載波相位作為基準來確定其相位的取值，利用前后兩個相鄰比特的載波相位的差來傳送數(shù)字信息。其是相移鍵控的非相干形式，不需在接收端由若干參考信號，非相干接收機實現(xiàn)容易，在無線通訊系統(tǒng)中被廣泛應用，其原理如圖：BPSK差分編碼器｛bk｝ ｛dk｝ s(t)延時Tbit d{k1} DPSK調制圖設二進制數(shù)字序列為｛bk｝，差分編碼后的序列為｛dk｝，載波相位為$(t), Tbit為傳輸1比特信息所占的時長，差分編碼器的作用是將絕對二進制序列變換成相對二進制序列，差分規(guī)則如下： ｛dk｝＝d{k1}bn相干解調原理 DPSK相干解調原理是：先將DPSK進行相干解調，得到相對碼，再進行差分譯碼得到絕對碼bn。DPSK信號 差分譯碼判決低通濾波器帶通濾波器 抽樣 抽樣 dn bn 延遲 恢復載波 DPSK相干解調原理平均功率譜密度及誤碼比特率Pdpsk=a2/4[pb(ffc)+ pb(f+fc)] 其中 pb=Tbsinc2(fTb)Ped=1 Pcd =2 Pb2 Pb2=2 Pb(1 Pb) 其中Pcd=pc+ Pb2=(1 Pb)2+ Pb2第二節(jié) 恒包絡調制技術不管調制信號如何改變，載波的幅度是恒定的，因此，許多實際的移動通訊系統(tǒng)都使用非線性的調制方法－恒包絡調制技術。恒包絡調制方案有2FSK、MSK、ＧMSK、ＴＦＭ等，這里重點介紹2FSK和MSK技術。一、二進制移頻健控2FSK１、2FSK信號表達式用二進制數(shù)字基帶信號去控制正弦載波的載頻稱為二進制移頻健控。此時，對應于傳號與空號的載波頻率分別為由于2FSK信號波形的相位關系，其又可分為相位不連續(xù)及相位連續(xù)的移頻健控。相位不連續(xù)２FSK信號的數(shù)學表達式為Ｓｆｓｋ（ｔ）＝