[发明专利]相移键控结合脉冲位置调制的超奈奎斯特大气光通信方法

说明书

相移键控结合脉冲位置调制的超奈奎斯特大气光通信方法，在发送端，首先将发送二进制信息序列等分，将其中一半进行格雷码映射并转换为4PPM信号，另一半进行格雷码映射并转换为QPSK信号,然后把调制后的QPSK信号加载到4PPM信号上形成4PPM‑QPSK混合信号，该信号经超奈奎斯特成形滤波器形成QPSK‑4PPM‑FTN信号。从而实现传输速率大于奈奎斯特速率；收端通过采用匹配滤波器、超奈奎斯特采样和平方器检测4PPM信号以及硬判决实现QPSK信号的恢复。相比于传统无线光通信系统，FTN技术的引入有效提高了系统传输速率，对新型大气光通信系统的设计具有参考价值。

技术领域

本发明涉及一种相移键控结合脉冲位置调制的超奈奎斯特大气光通信方法，该方法将4进制相移键控(QPSK,Quadrature Phase Shift Keying)、4阶脉冲位置调制(4PPM,Pulse Position Modulation)与超奈奎斯特(FTN,Faster-than-Nyquist)技术相结合，进一步提高了大气光通信系统的传输速率，属于无线光通信技术领域。

背景技术

随无线通信网络对网络容量、速率和延迟的要求不断增长。大气激光通信作为下一代通信的备选技术之一具有频谱不受限、链路灵活等优点。但是大气激光通信系统易受天气、气溶胶以及湍流的影响，导致系统的传输性能受到影响。为了解决这一问题，科研人员提出了高阶调制技术、波分复用技术以及FTN速率传输技术等方法补偿链路的缺陷。其中，FTN技术是一种新型的非正交传输技术，它可有效提高系统的传输速率。同时，将它与高阶调制、波分复用等技术相结合可以提升系统性能。

FTN技术在微波通信与光纤通信领域的研究已取得了丰富的成果。在自由空间光通信领域，技术人员将FTN技术引入室内可见光通信系统中，实现了1.5m传输距离下1.47Gb/s的传输速率。众多研究表明将FTN技术从无线和光纤领域扩展到大气光通信系统中，其应用场景和前景将更加丰富和广阔。但是室外大气信道中存在着复杂的不确定因素，导致通信系统的性能变差。因此对于湍流信道下的FTN大气光通信系统就成了急需研究的问题。另一方面，PPM调制技术具有实现简单，QPSK调制设备成本低以及抗干扰能力强等优点。因此，将FTN技术与PPM-QPSK混合调制相结合，构建QPSK-4PPM-FTN大气光传输方法，并分析其在弱湍流(Gamma-Gamma)信道中的误码性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种相移键控结合脉冲位置调制的超奈奎斯特大气光通信方法，通过引入FTN技术以及混合调制来提高大气光通信系统的传输速率。其特征在于通过引入超奈奎斯特技术，从而使符号传输速率大于奈奎斯特速率。在此基础上，给出了弱湍流信道下该方法的理论误码率；具体步骤如下：

步骤1：在发送端，首先将发送二进制信息序列等分，将其中一半进行格雷码映射并转换为4PPM信号，另一半进行格雷码映射并转换为QPSK信号,然后把映射后的QPSK信号加载到映射后的4PPM信号上形成QPSK-4PPM混合信号，该信号经超奈奎斯特成形滤波器形成QPSK-4PPM-FTN信号：

S_QPSK-4PPM＝[S_QPSK 0 0 0]

其中，E为符号脉冲能量，τ为加速因子(0τ1)，r(t)为脉冲波形，T为码元周期，ρ为第ρ个信号；

步骤2：将步骤(1)得到的超奈奎斯特信号经过数模转换后经光学天线发出，信号表示为；

其中，P_OC为平均发射光功率，ω_oc为光频率，φ_oc为初始相位；

步骤3：激光经服从Gamma-Gamma分布的弱湍流大气信道后到达光学接收天线，接收天线上的光电二极管将光信号转换为电信号并通过匹配滤波器，再以τT为时间间隔进行采样，得到相应的码元波形。接收信号S_u(t)表示为：