大气激光通信强度调制技术差错性能研究

王宝鹏; 余锦; 王云哲; 孟晶晶; 貊泽强; 王金舵; 代守军; 何建国; 王晓东

doi:doi:10.3788/LOP57.230604

激光与光电子学进展, 2020, 57 (23): 230604, 网络出版: 2020-11-24

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Error-Performance Study of Intensity Modulation Technology in Atmospheric Laser Communication

王宝鹏 ^1,2余锦 ^1,2,*王云哲 ^1,2孟晶晶 ^1,2貊泽强 ^1,2王金舵 ^1,2代守军 ^1,2何建国 ^1,2王晓东 ^1,2

作者单位

¹ 中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100094

² 中国科学院大学, 北京 100049

图 & 表

图 1. 大气激光通信的信息传输

Fig. 1. Information transmission of atmospheric laser communication

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图 2. OOK和脉冲位置类调制符号结构(m=3)

Fig. 2. Symbol structure of OOK and pulse position class modulation schemes (m=3)

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图 3. 脉冲间隔类调制符号结构(m=3)

Fig. 3. Symbol structure of pulse interval class modulation schemes(m=3)

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图 4. 脉冲宽度类调制符号结构(m=3)

Fig. 4. Symbol structure of pulse width class modulation schemes(m=3)

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图 5. 采样判决示意图

Fig. 5. Schematic of sampling judgement

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图 6. 高斯信道中不同调制方式的误时隙率。(a)m=3;(b)m=5;(c)m=7;(d)m=9

Fig. 6. SER of different modulation schemes in Gaussian channel. (a) m=3; (b) m=5; (c) m=7; (d) m=9

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图 7. 弱湍流信道中不同调制方式的误时隙率。(a)m=3;(b)m=5;(c)m=7;(d)m=9

Fig. 7. SER of different modulation schemes in weak turbulence channel. (a) m=3; (b) m=5; (c) m=7; (d) m=9

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图 8. 中强湍流信道中不同调制方式的误时隙率。(a)m=3;(b)m=5;(c)m=7;(d)m=9

Fig. 8. SER of different modulation schemes in moderate turbulence channel. (a) m=3; (b) m=5; (c) m=7; (d) m=9

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表 1不同调制方式的脉宽参数

Table1. Pulse width parameters of different modulation schemes

Modulation scheme	P₀	P₁	P₂	Modulation scheme	P₀	P₁	P₂
OOK	$\frac{1}{2}$	$\frac{1}{2}$	0	DPIM	$\frac{2^{m} + 1}{2^{m} + 3}$	$\frac{2}{2^{m} + 3}$	0
PPM	$\frac{2^{m} - 1}{2^{m}}$	$\frac{1}{2^{m}}$	0	DHPIM	$\frac{2^{m} + α + 2}{2^{m} + 4 α + 2}$	$\frac{3 α}{2^{m} + 4 α + 2}$	0
DPPM	$\frac{2^{m} - 1}{2^{m} + 1}$	$\frac{2}{2^{m} + 1}$	0	DPPIM	$\frac{2^{m + 1} + α - 4}{2^{m + 1} + 4 α}$	$\frac{3 α + 4}{2^{m + 1} + 4 α}$	0
MPPM	$\frac{n - p}{n}$	$\frac{p}{n}$	0	DAPIM	$\frac{2^{m - 1} + 1}{2^{m - 1} + 3}$	$\frac{1}{2^{m - 1} + 3}$	$\frac{1}{2^{m - 1} + 3}$
DDPPM	$\frac{2^{m + 1} - 4 + α}{2^{m + 1} - 4 + 4 α}$	$\frac{3 α}{2^{m + 1} - 4 + 4 α}$	0	FDPIM	$\frac{2^{m} + 1}{2^{m} + 4}$	$\frac{3}{2^{m} + 4}$	0
Dual Amplitude PPM	$\frac{2^{m - 1} - 1}{2^{m - 1}}$	$\frac{1}{2^{m}}$	$\frac{1}{2^{m}}$	FDAPIM	$\frac{2^{m} + 1}{2^{m} + 3}$	$\frac{1}{2^{m} + 3}$	$\frac{1}{2^{m} + 3}$
Differential Amplitude PPM	$\frac{L - 1}{L + 1}$	$\frac{1}{L + 1}$	$\frac{1}{L + 1}$	PWM	$\frac{2^{m} - 1}{2^{m + 1}}$	$\frac{2^{m} + 1}{2^{m + 1}}$	0
SPPM	$\frac{2^{m} - 1}{2^{m} + 2}$	$\frac{3}{2^{m} + 2}$	0	PPWM	$\frac{2^{m + 1} - 2^{m - r} - 1}{2^{m + 1}}$	$\frac{2^{m - r} + 1}{2^{m + 1}}$	0
SDPPM	$\frac{n - 2}{n}$	$\frac{2}{n}$	0	DPPWM	$\frac{2^{m} - 1}{2^{m - r} + 2^{m}}$	$\frac{2^{m - r} + 1}{2^{m - r} + 2^{m}}$	0
OPPM	$\frac{p - 1}{p}$	$\frac{1}{p}$	0

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王宝鹏, 余锦, 王云哲, 孟晶晶, 貊泽强, 王金舵, 代守军, 何建国, 王晓东. 大气激光通信强度调制技术差错性能研究[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(23): 230604. Baopeng Wang, Jin Yu, Yunzhe Wang, Jingjing Meng, Zeqiang Mo, Jinduo Wang, Shoujun Dai, Jianguo He, Xiaodong Wang. Error-Performance Study of Intensity Modulation Technology in Atmospheric Laser Communication[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(23): 230604.

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图 1. 大气激光通信的信息传输

Fig. 1. Information transmission of atmospheric laser communication

图 2. OOK和脉冲位置类调制符号结构(m=3)

Fig. 2. Symbol structure of OOK and pulse position class modulation schemes (m=3)

图 3. 脉冲间隔类调制符号结构(m=3)

Fig. 3. Symbol structure of pulse interval class modulation schemes(m=3)

图 4. 脉冲宽度类调制符号结构(m=3)

Fig. 4. Symbol structure of pulse width class modulation schemes(m=3)

图 5. 采样判决示意图

Fig. 5. Schematic of sampling judgement

图 6. 高斯信道中不同调制方式的误时隙率。(a)m=3;(b)m=5;(c)m=7;(d)m=9

Fig. 6. SER of different modulation schemes in Gaussian channel. (a) m=3; (b) m=5; (c) m=7; (d) m=9

图 7. 弱湍流信道中不同调制方式的误时隙率。(a)m=3;(b)m=5;(c)m=7;(d)m=9

Fig. 7. SER of different modulation schemes in weak turbulence channel. (a) m=3; (b) m=5; (c) m=7; (d) m=9

图 8. 中强湍流信道中不同调制方式的误时隙率。(a)m=3;(b)m=5;(c)m=7;(d)m=9

Fig. 8. SER of different modulation schemes in moderate turbulence channel. (a) m=3; (b) m=5; (c) m=7; (d) m=9

表 1不同调制方式的脉宽参数

Table1. Pulse width parameters of different modulation schemes

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Fig. 2. Symbol structure of OOK and pulse position class modulation schemes (m=3)

图 3. 脉冲间隔类调制符号结构(m=3)

Fig. 3. Symbol structure of pulse interval class modulation schemes(m=3)

图 4. 脉冲宽度类调制符号结构(m=3)

Fig. 4. Symbol structure of pulse width class modulation schemes(m=3)

图 5. 采样判决示意图

Fig. 5. Schematic of sampling judgement

图 6. 高斯信道中不同调制方式的误时隙率。(a)m=3;(b)m=5;(c)m=7;(d)m=9

Fig. 6. SER of different modulation schemes in Gaussian channel. (a) m=3; (b) m=5; (c) m=7; (d) m=9

图 7. 弱湍流信道中不同调制方式的误时隙率。(a)m=3;(b)m=5;(c)m=7;(d)m=9

Fig. 7. SER of different modulation schemes in weak turbulence channel. (a) m=3; (b) m=5; (c) m=7; (d) m=9

图 8. 中强湍流信道中不同调制方式的误时隙率。(a)m=3;(b)m=5;(c)m=7;(d)m=9

Fig. 8. SER of different modulation schemes in moderate turbulence channel. (a) m=3; (b) m=5; (c) m=7; (d) m=9

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Table1. Pulse width parameters of different modulation schemes

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