大气激光通信调制解调技术的研究

发布时间：2017-04-02 15:07

  本文关键词：大气激光通信调制解调技术的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大气激光通信系统凭借其频带宽、传输速率高、抗干扰性能好、保密性好、经济实用等诸多优点得到越来越广泛的应用。大气激光通信系统普遍采用强度调制/直接检测(Intensity Modulation/Direct Detection,IM/DD)系统作为其调制解调技术。开关键控(On-Off Keying,OOK),脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)及数字脉冲间隔调制(Digital Pulse Interval Modulation,DPIM)作为IM/DD系统中经典的调制方式得到了普遍运用。针对PPM调制的带宽利用率低、需要帧同步和DPIM符号长度不固定的缺点,先后有多种调制方式被提出。其中定长数字脉冲间隔调制(Fixed Length Digital Pulse Interval Modulation,FDPIM)在继承PPM和DPIM各自优点的基础上,解决了PPM需要帧同步以及DPIM符号长度不固定的问题,但自身具有带宽利用率较低以及信道容量较小的缺点。本文在大气激光通信调制解调技术研究现状的基础上,主要工作如下:1.针对FDPIM调制带宽利用率较低以及信道容量不大的弊端,提出了一种适合大气激光通信且易实现的新的调制方式——定长对称脉冲间隔调制(Fixed Symmetric Pulse Interval Modulation,FSPIM)。详细介绍了FSPIM调制的符号结构和编译码原理,主要原理是利用对称时隙映射减少了一半的传输带宽,并通过添加标识脉冲以实现正反映射的区分和自带符号同步功能。2.对FSPIM调制的平均符号长度、带宽需求、带宽利用率、功率效率、差错性能以及信道容量进行了详细论述、公式推导及数值仿真。将FSPIM调制与其他常用的6种调制方式进行了性能对比并分析了FSPIM的优劣势。结果表明,FSPIM调制方式具有良好的带宽利用率和信道容量、符号长度固定以及自带帧同步等优点,缺点是差错性能稍弱,但仍好于OOK调制方式。3.基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)设计了FSPIM调制解调系统,论述了其工作原理,并运用VHDL语言在Quartus II平台下,成功对整个FSPIM调制解调系统进行了基于FPGA的仿真实现。进一步验证了本文所提出的FSPIM调制方式在大气激光通信系统应用中的可行性与实用性。
【关键词】：大气激光通信 调制方式 帧同步 误时隙率 信道容量 FPGA
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号对照表10-11
• 缩略语对照表11-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 无线激光通信概况14-16
• 1.1.1 国外发展概况14-15
• 1.1.2 国内发展概况15-16
• 1.2 大气激光通信特点及关键技术16-18
• 1.2.1 大气激光通信的特点16-17
• 1.2.2 大气激光通信的关键技术17-18
• 1.3 课题背景及意义18-19
• 1.4 主要贡献及内容安排19-20
• 第二章 大气激光通信的类脉冲位置调制技术20-24
• 2.1 大气激光通信调制技术的发展20-21
• 2.2 常用调制方式21-23
• 2.2.1 开关键控调制21
• 2.2.2 脉冲位置调制21-22
• 2.2.3 数字脉冲间隔调制22
• 2.2.4 差分脉冲位置调制22
• 2.2.5 差分幅度脉冲位置调制22-23
• 2.2.6 定长数字脉冲间隔调制23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 FSPIM调制的性能分析及比较24-52
• 3.1 FSPIM调制的符号结构24-26
• 3.2 平均符号长度分析26-27
• 3.3 带宽需求和带宽利用率分析27-30
• 3.4 平均发射功率分析30-31
• 3.5 差错性能分析31-43
• 3.5.1 高斯信道下差错性能分析31-35
• 3.5.2 湍流信道下差错性能分析35-43
• 3.6 信道容量分析43-50
• 3.6.1 高斯信道下信道容量分析43-44
• 3.6.2 湍流信道下平均信道容量分析44-50
• 3.7 本章小结50-52
• 第四章 基于FPGA的FSPIM调制解调系统的设计与实现52-60
• 4.1 集成开发环境介绍52-53
• 4.1.1 Cyclone V GX开发板介绍52-53
• 4.1.2 Quartus II开发平台53
• 4.2 FSPIM调制系统的设计与实现53-54
• 4.2.1 FSPIM调制系统原理53-54
• 4.2.2 FSPIM调制系统的FPGA实现54
• 4.3 时隙同步系统的设计与实现54-57
• 4.3.1 数字锁相环工作原理54-57
• 4.3.2 时隙同步系统的FPGA实现57
• 4.4 FSPIM解调系统的设计和实现57-59
• 4.4.1 FSPIM解调系统原理57-58
• 4.4.2 FSPIM解调系统的FPGA实现58-59
• 4.5 FSPIM调制解调系统整体FPGA实现59
• 4.6 本章小结59-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-68
• 作者简介68-69

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