引用本文:
向劲松,查高孟,卢小辉,等. 深空光通信中抗时延抖动的MPPM星座映射方案[J]. 光通信技术,2020,44(6):51-57.
向劲松,查高孟*,卢小辉,钟 路,乔婉珍
(重庆邮电大学 通信与信息工程学院,重庆 400065)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对深空光通信中现有的多脉冲位置调制(MPPM)方案存在星座点利用率较低及位置选择有待优化的问题,通过比较不同的MPPM方案星座点间的平均汉明距离及信号脉冲位于相邻时隙的概率,提出一种抗时延抖动能力更强的MPPM星座映射方案。基于现有的串行级联脉冲位置调制(SCPPM)译码算法,推导了串行级联MPPM(SCMPPM)迭代译码算法。仿真结果表明:该方案的性能比现有方案更优,不仅能够使通信系统保持较高的信息传输速率,还可以降低MPPM星座点间符号串扰(ISI)及时隙串扰(ITI)的概率,提高通信系统抗时延抖动的能力。
关键词:深空光通信;多脉冲位置调制;星座映射;迭代译码;抗时延抖动
中图分类号:TN929.1 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)06-0051-07
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.06.012
0 引言
激光通信由于具有传输容量大、功耗低、天线尺寸小和抗干扰能力强等优势[1,2],因此在远距离空间激光通信中极具发展前景。在深空激光通信中,由于光子探测技术和脉冲位置调制(PPM)这2项技术具有能量效率高、抗干扰能力强以及探测效率高等诸多优点,得到广泛应用。PPM主要分为单脉冲位置调制(LPPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和多脉冲位置调制(MPPM) 3种形式。其中,相对于LPPM,MPPM具有更高的信息传输速率和带宽利用率;相对于DPPM,MPPM更容易进行接收端符号同步,误码性能更好。因此,现在有关MPPM的研究已经成为一个重要的研究方向。
文献[3]中美国喷气推进实验室针对深空光通信中MPPM和LPPM方式的信息传输速率、带宽利用率及在峰值功率与平均功率约束条件下的误码性能进行分析对比,结果表明MPPM具有更高的信息传输速率和带宽利用率,且在相同信息传输速率及峰值功率受限条件下误码性能更加优异。文献[4]采用具有更高编码增益的网格编码与不规则的2-17MPPM相结合的编码调制方案,仅有6%的星座点未被利用,传统的2-16MPPM每星座点仅传输6 bit信息,还有47%的星座点未被利用,而不规则的2-17MPPM每星座点能传输7 bit信息,但该方案选择的星座点的抗抖动性能较差,星座点位置选择有待优化。文献[5]采用了纠错性能更好的串行级联脉冲位置调制(SCPPM)与2-16MPPM相结合的串行级联MPPM(SCMPPM)方案,但文中的2-16MPPM每星座点仅传输4 bit信息,还有87%的星座点未被利用。文献[6]采用SCPPM与不规则的2-12MPPM相结合的SCMPPM编码调制方案,但存在和文献[4]类似的选取的星座点抗抖动能力较弱及位置选择有待优化的问题。文献[7]提出将2-16MPPM中2个信号脉冲的位置分别限制在前8个时隙及后8个时隙,相当于由2个单脉冲8PPM组合而成,可以有效降低MPPM星座点内信号脉冲间的干扰,但MPPM星座点利用率较低。文献[8,9]提出了一种新型的变脉冲位置调制方案,通过改变MPPM星座点中脉冲数目来增加MPPM可用星座点数目提升信道容量,但未考虑深空信道中信号光子易受到大气湍流及散粒噪声的影响,从而无法确定信号MPPM星座点内脉冲数目。文献[10-12]提出了混合调制方案,如二进制相移键控-多脉冲位置调制(BPSK-MPPM)、正交幅度调制-多脉冲位置调制(QAM-MPPM)和差分相移键控-多脉冲位置调制(LDPSK-MPPM),极大地提高了信道容量,但并未提高MPPM的星座点利用率,且接收端需要进行相干解调,复杂度太高。
针对深空光通信中现有的MPPM星座映射方案存在较大的符号串扰(ISI)及时隙串扰(ITI)问题,本文提出一种基于星座点间平均汉明距离及信号脉冲位于相邻时隙概率的抗时延抖动能力更强的高速率MPPM星座映射方案。
5 结束语
本文设计了一种MPPM星座映射方案性能判定规则,通过计算并比较不同MPPM星座映射方案的星座点间的平均汉明距离及信号脉冲位于相邻时隙的概率,提出了一种抗时延抖动的高速率MPPM星座映射方案,并给出了在MPPM调制阶数较高(16阶及其以上)时采用直接选择MPPM星座映射方案的思路来替代时间和空间复杂度都太高的部分搜索方法。仿真验证了直接选择的MPPM星座映射方案C3的性能比现有方案C1更优,且在不同信道条件下都能有效提高接收端的译码性能,尤其是在大时延抖动、大脉冲占空比及无保护时隙条件下性能增益更明显。