[发明专利]一种适用于激光通信浮标的Turbo码编码FDAPPM方法

说明书

本发明公开了一种适用于激光通信浮标的Turbo码编码定长双幅度脉冲位置调制(Fixed dual amplitude pulse position modulation,FDAPPM)方法。无线光通信技术具有通信容量大；抗干扰性能强，保密性好；协议透明，无需专门申请频段；维护价格低廉，组网方便灵活等优点。因此，在声呐浮标与空中平台的通信系统中具有良好的应用情景。定长双幅度脉冲位置调制方法(FDAPPM)是传统脉冲位置调制(PPM)的一种改进方式，其兼备自符号同步和调制符号长度固定等优点。Turbo码编码FDAPPM方法结合FDAPPM调制和Turbo编码等技术，有效降低FDAPPM系统的差错性能。因此，Turbo码编码FDAPPM方法在实现浮标与空中平台间的实时、高速、安全保密通信中具有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于信号处理领域，涉及到各类声纳浮标与综处的通信方法。

背景技术

浮标可实现通信，侦查等功能。但同时浮标容易被附近船只及飞机观测到，或浮标工作时发出的无线电波被侦测定位。因此寻找新型通信方式，实现实时、高速、安全保密、双向的通信能力，是充分发挥海上作战效能的重要前提。采用脉冲激光通信的浮标具有以下几个特点：

①体积小、能耗小，隐秘性好：浮标上只需要携带脉冲激光通信系统的发射及接收天线；光学发射及接收天线体积小，天线甚至不需要伸出海面，隐秘性好，且光学天线基本属于无源器件，能耗较小；②高速数据传输、安全保密性强、抗电磁干扰。脉冲光属于光波，光频率比电磁波频率高出许多，在高速数据传输及抗电磁干扰性等方面具有天然的优势，且光波具有较强的方向性，被侦测定位的概率更小，安全保密性强；③可成为蓝绿光对潜的有效实现方式。众所周知，蓝绿光通信方式是一个极具技术优势的潜艇水下通信技术，经过多年的发展，蓝绿光水下通信却仍未得到各国海军的应用。除了部分关键器件不够成熟之外，主要原因还包括：潜艇上装备蓝绿光发射系统难度较大，即双向通信存在较大挑战；由于难以双向通信，导致卫星、飞机等空中平台对潜艇的定位难度大，即通信链路难以建立。基于脉冲激光的系留浮标潜艇水下双工通信方式可以为蓝绿光通信技术提供一个有效的双向通信实现平台，解决蓝绿光通信链路不易建立的难点。

选取合适的调制方法可以有效提高无线激光通信系统的性能。无线光通信大多设计为强度调制/直接检测(IM/DD)系统，这是因为光通信不易干扰且系统能够比较简单的实现。目前应用于IM/DD光通信系统中的调制方式有很多，其中比较简单的调制方式是二进制开关键控(OOK)。在OOK系统中，通过在每一比特间隔内使光源脉冲开或关对每个比特进行发送。这是调制光信号最基本的形式，只需使光源闪烁即可编码。在曼彻斯特编码中，序列中每一比特由2个开关脉冲组成。通常，光源由编码脉冲波形进行强度调制，同时直接检测接收机对强度调制后信号进行解码。为了进一步提高传输通道抗干扰能力，应用于大气信道的光通信系统很多采用了脉冲位置调制(PPM)。PPM是一种正交调制方式，相比于OOK调制方式，它的平均功率降低了,但是同时为此付出的代价是增加了对带宽的需求，且接收端需要符号同步和时隙同步，接收器复杂度高；脉冲间隔调制(DPIM)等方法相对于OOK有较好的功率效率以及差错性能，相对于PPM有较好的带宽效率，且每个调制符号均以脉冲开始或结束，即具备自符号同步特征，可大大简化接收器设计复杂度，但由于符号的长度不固定，容易造成调制器缓存溢出或者加入空时隙，使得解调器不能正确解调。FDAPPM是融合PPM和DPIM提出的一种新的调制方法，类似于传统的DPIM，FDAPPM具有长度固定和自带符号同步等特性。类似于传统的PPM，FDAPPM具有符号长度固定，因此调制解调器中不会等待或输入多个零而使解调出错的概率降低。

湍流效应导致无线光通信系统的差错性能大为下降，采用信道编码能够有效提高系统的差错性能。典型的纠错码包括RS码，卷积码，Turbo码等，RS码适用于检测和校正解码器产生的突发性错误，但纠正随机错误的能力有限；卷积码适用于纠正随机错误，但解码过程中容易导致突发性错误；Turbo码同时具备纠正随机和突发两种错误的能力，编码效率比传统的RS+卷积码要好。因此，研究Turbo码编码新型调制方法的性能对无线光通信系统的广泛应用具有重要的意义。