【文章內(nèi)容簡介】 種最佳準(zhǔn)則來設(shè)計(jì)均衡器的特性,使得經(jīng)過信道傳輸?shù)氖斩诵盘?hào)與發(fā)端信號(hào)之間達(dá)到最佳匹配。因此，自適應(yīng)均衡能夠?qū)崟r(shí)地跟蹤移動(dòng)通信信道的時(shí)變特性，自適應(yīng)地進(jìn)行補(bǔ)充，使其接近不失真?zhèn)鬏斠蟆?第三章 無線光接入的調(diào)制解調(diào)技術(shù)無線接入技術(shù)在無線傳輸中一般多使用頻譜效率高、抗干擾性強(qiáng)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)技術(shù)。數(shù)字調(diào)制最簡單的是二進(jìn)制調(diào)制，即調(diào)制信號(hào)是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào),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(diào)制方案可分為線性調(diào)制技術(shù)、恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)和擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。 線性調(diào)制技術(shù)方案有PPM、ook、QPSK、MPSK、MQAM等；恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)有MSK、MGSK、2FSK等；擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)包括直接序列擴(kuò)頻、跳頻擴(kuò)頻和跳時(shí)擴(kuò)頻。第一節(jié) 無線光傳輸系統(tǒng)的線性調(diào)制解調(diào)技術(shù)在數(shù)字無線光系統(tǒng)，我們采用脈沖直接強(qiáng)度調(diào)制，光脈沖的產(chǎn)生是通過激光器的開斷來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)發(fā)送信息為“1”碼時(shí)，激光器發(fā)出光脈沖，“0”碼時(shí)激光器完全關(guān)閉。本文中假定進(jìn)入光無線系統(tǒng)是數(shù)字信息，數(shù)字信息經(jīng)過編碼處理后是一連串的01碼序列，最簡單的調(diào)制方式就是將01序列脈沖直接對(duì)激光器進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，當(dāng)輸入信息為“1”時(shí)，激光器發(fā)出一個(gè)寬度為1/Rb、強(qiáng)度為2P的脈沖；輸入信息為“0”時(shí)，激光器完全關(guān)閉，這就是非歸零的開關(guān)鍵控調(diào)制（OOK－NRZ）。開關(guān)鍵控調(diào)制簡單可靠，但是針對(duì)無線光傳輸大氣信道，背景噪聲的影響和空間衰減大，OOK調(diào)制功率利用率不高，通常會(huì)采用脈沖位置調(diào)制（PPM）。一、PPM調(diào)制　PPM調(diào)制原理從其他網(wǎng)絡(luò)、接入點(diǎn)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(jīng)過糾錯(cuò)編碼，如果采用PPM調(diào)制，就有一個(gè)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(gè)編碼過程。假設(shè)有一幀L位的二進(jìn)制信息，在對(duì)應(yīng)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(gè)，那么對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制整數(shù)就為0至（2L－1）中的任意一個(gè)，如果我們將這一幀時(shí)段劃分位2L個(gè)時(shí)隙，從0到(2L－1)依次對(duì)應(yīng)于第一個(gè)到第2L個(gè)時(shí)隙，那么也可以用代碼序列00…..0（共L位）到11….1（共L位）去對(duì)應(yīng)第一個(gè)到第2L個(gè)時(shí)隙，這就是數(shù)字PPM調(diào)制的原理。假設(shè)通信系統(tǒng)的通信時(shí)間被分成寬度為T的周期時(shí)間段,每時(shí)段稱為PPM一幀，每幀時(shí)間T分成M個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙寬度T′為T/M秒，其中前Q個(gè)時(shí)隙稱為傳信時(shí)段Tq(=QT’＝2LT’)，后D個(gè)時(shí)隙不傳信息稱為靜默時(shí)段(dead time)Td(=DT′)，在發(fā)端激光源每隔時(shí)間T在其傳信時(shí)段Tq中的一個(gè)時(shí)隙打開(其余時(shí)隙關(guān)閉)，發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，脈沖寬度為τ。Tq中的Q個(gè)時(shí)隙位置對(duì)應(yīng)Q個(gè)符號(hào),每個(gè)符號(hào)傳遞Log2Q bit的二進(jìn)制信息。設(shè)置靜默時(shí)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(zhuǎn)需要的最小重復(fù)周期，否則激光器不能正常工作，同時(shí)要選取Td避免信道色散引起的幀間符號(hào)干擾。，決定它的結(jié)構(gòu)參數(shù)是時(shí)隙寬度T′、傳信時(shí)隙數(shù)Q、靜默時(shí)隙數(shù)D和脈沖寬度τ。當(dāng)脈沖寬度τ小于時(shí)隙寬度T′時(shí)，這Q個(gè)信號(hào)集在時(shí)間上是正交的，但當(dāng)脈沖寬度τ大于時(shí)隙寬度T′,信號(hào)集就失去了正交性。PPM調(diào)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(duì)傳輸光功率衰減較大，采用PPM調(diào)制方式，對(duì)于系統(tǒng)的功率利用率有明顯的改善，在含有靜默時(shí)段的PPM調(diào)制中，帶寬利用率通過優(yōu)化PPM的參數(shù)也會(huì)有所改善。我們采用OOK—NRZ調(diào)制方式作為參照來分析PPM調(diào)制的性能。無靜默時(shí)段PPM調(diào)制的帶寬和功率利用率如果在PPM幀結(jié)構(gòu)中不加入靜默時(shí)段的情況，則一個(gè)L位的二進(jìn)制信息段對(duì)應(yīng)于時(shí)隙數(shù)為Q＝2L，幀時(shí)段長度為T=QT’，則信息傳輸率Rb=L/T=log2Q/T=log2Q/QT′bit/s每個(gè)時(shí)隙的傳信量Cp=RT′=log2Q/Qbit/chip對(duì)于OOK調(diào)制，一幀中的傳信時(shí)段僅一個(gè)時(shí)隙，它利用該時(shí)隙的脈沖有無(即開關(guān))來傳遞信息，它一幀的傳信量為2bit/s，每時(shí)隙的傳信量Co＝2bit/chip。所以，PPM調(diào)制和OOK調(diào)制的帶寬利用率之比Cp/Co=log2Q/2Q對(duì)于任意Q1，PPM的帶寬利用率都低于OOK，所以在無靜默時(shí)段的PPM調(diào)制中，是以付出帶寬為代價(jià)的。至于功率利用率，假設(shè)在相同的時(shí)段內(nèi)T內(nèi)，PPM脈沖在時(shí)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(shí)段T內(nèi)，OOK的時(shí)隙寬度為T/L(L=log2Q)，也假設(shè)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(shí)段內(nèi)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(diào)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(diào)技術(shù)　經(jīng)過大氣散射信道來PPM調(diào)制信號(hào)經(jīng)過光探測(cè)器、前置放大電路和線性信道后進(jìn)行判決解調(diào)，通過對(duì)信號(hào)解調(diào)的分析，我們可以得出系統(tǒng)的誤碼率特性。采用直接強(qiáng)度調(diào)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(jì)數(shù)速率為（λs（t）＋λn），λs(t)是散彈噪聲計(jì)數(shù)速率，和探測(cè)器探測(cè)到的瞬時(shí)光功率成比例，λn是背景噪聲的計(jì)數(shù)速率，和背景噪聲成比例。但是當(dāng)λn足夠大時(shí)，且系統(tǒng)采用寬帶探測(cè)器時(shí)，探測(cè)器的散粒噪聲可以認(rèn)為是加性高斯白噪聲（AWGN）再加上一個(gè)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(cè)器的瞬時(shí)電流。X（t）和Y（t）間是一個(gè)線性通道，其脈沖響應(yīng)是h（t）。同樣，信道也可以用頻率響應(yīng)來表示：通常情況下，即使接收端的信號(hào)光經(jīng)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(hào)是功率受限的，必須滿足：x(t)≥0x(t)≤P（4－1－15）這樣，光探測(cè)器探測(cè)到的光信號(hào)就是光發(fā)送信號(hào)的線性過程再加上高斯白噪聲，且光探測(cè)器輸出的光電流正比于光探測(cè)器探測(cè)到的信號(hào)。二、開關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制二進(jìn)制開關(guān)鍵控（OOK）是用在光纖傳輸?shù)闹庇^的簡單調(diào)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(guān)閉。 信號(hào)的產(chǎn)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(hào)產(chǎn)生如圖，二進(jìn)制序列an取值1或0，Tb為二進(jìn)制符號(hào)間隔，發(fā)送脈沖成形低通濾波器的沖激響應(yīng)為gT(t)（為簡便，設(shè)其為單極性不歸零脈沖）二進(jìn)制序列an通過脈沖成形低通濾波后的基帶信號(hào)為b(t)= ngT(tnTb)（n+）,再將其與載波相乘就得到OOK信號(hào)，sook(t)＝A[ngT(tnTb)]。OOK信號(hào)的功率譜密度及帶寬對(duì)OOK調(diào)制來說，OOK調(diào)制的數(shù)字基帶信號(hào)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(diào)。當(dāng)信源bit率為R＝b時(shí)，光發(fā)送器在間隔丁=1／Rb內(nèi)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(hào)的解調(diào)OOK信號(hào)有2種解調(diào)方式：相干解調(diào)和非相干解調(diào)。相干解調(diào)的原理是：首先從接收信號(hào)中提取離散的載波分量，使得所恢復(fù)的頻率及相位與接收信號(hào)的載波同頻同向，然后再將接收信號(hào)與恢復(fù)載波相乘，經(jīng)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(hào)中設(shè)法提取時(shí)鐘分量，然后將已經(jīng)同步的時(shí)鐘對(duì)輸出信號(hào)的眼圖最大睜開出進(jìn)行周期性抽樣、判決再生出數(shù)據(jù)信號(hào)。低通濾波器判決（檢測(cè)器）帶通濾波器sook(t) r(t) 相干解調(diào)器 y(t)抽樣 恢復(fù)載波 定時(shí)加性白高窄帶濾波器鎖相環(huán)窄帶濾波器斯噪聲 OOK信號(hào)相干解調(diào)由于OOK信號(hào)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(fù)載波。相干解調(diào)的誤碼性能：若上圖的接收帶通濾波器及相干解調(diào)的低通濾波器帶寬足夠?qū)?，使得該系統(tǒng)在收端抽樣時(shí)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(hào)的傳號(hào)和空號(hào)等概率出現(xiàn)，相干解調(diào)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(diào)： 包絡(luò)檢波器 （非相干解調(diào)器） 帶通濾波器判決（檢測(cè)器） Sook(t)+nw(t) r(t) V(t) 輸出 抽樣 OOK信號(hào)非相干解調(diào)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(shí)刻A2\b高時(shí)，非相干解調(diào)的平均誤比特率呈指數(shù)特性。 三、差分相移鍵控DPSK調(diào)制調(diào)制原理DPSK是以前一比特的載波相位作為基準(zhǔn)來確定其相位的取值，利用前后兩個(gè)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(hào)，非相干接收機(jī)實(shí)現(xiàn)容易，在無線通訊系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，其原理如圖：BPSK差分編碼器｛bk｝ ｛dk｝ s(t)延時(shí)Tbit d{k1} DPSK調(diào)制圖設(shè)二進(jìn)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(shí)長，差分編碼器的作用是將絕對(duì)二進(jìn)制序列變換成相對(duì)二進(jìn)制序列，差分規(guī)則如下： ｛dk｝＝d{k1}bn相干解調(diào)原理 DPSK相干解調(diào)原理是：先將DPSK進(jìn)行相干解調(diào)，得到相對(duì)碼，再進(jìn)行差分譯碼得到絕對(duì)碼bn。DPSK信號(hào) 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(fù)載波 DPSK相干解調(diào)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(luò)調(diào)制技術(shù)不管調(diào)制信號(hào)如何改變，載波的幅度是恒定的，因此，許多實(shí)際的移動(dòng)通訊系統(tǒng)都使用非線性的調(diào)制方法－恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)。恒包絡(luò)調(diào)制方案有2FSK、MSK、ＧMSK、ＴＦＭ等，這里重點(diǎn)介紹2FSK和MSK技術(shù)。一、二進(jìn)制移頻健控2FSK１、2FSK信號(hào)表達(dá)式用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制正弦載波的載頻稱為二進(jìn)制移頻健控。此時(shí)，對(duì)應(yīng)于傳號(hào)與空號(hào)的載波頻率分別為由于2FSK信號(hào)波形的相位關(guān)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(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為Ｓｆｓｋ（ｔ）＝