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《科技信息》论文精选

RS纠错码在NLOS紫外光通信中的应用
 

RS纠错码在NLOS紫外光通信中的应用

刘 义 乐

国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心,郑州,450000

摘要:为提升非视距紫外(UV-NLOS)通信系统性能,在搭建紫外通信平台的基础上,用FPGA设计并实现了RS1810)纠错编码,将其应用于紫外光通信。并设计实验方法以统计远距离异步通信的误比特率,据此来测试RS纠错编码给非视距的紫外光通信性能带来的提升。测试结果表明,在其他参数相同的情况下,RS纠错码可以给非视距紫外光通信带来明显的编码增益,有效地提升了系统性能。

关键字:非视距紫外光;RS纠错码;误码率测试

中图分类号TN929.12      文献标识码J

An application of RS for NLOS ultraviolet light communication

Liu Yile

Patent Examination Cooperation Center of The Patent Office,SIPO,Henan,Zhengzhou,450000

AbstractIn order to enhance the performance of non-line-of-sight(NLOS) ultraviolet(UV) communication system, anerror correction coding of RS(18,10) is designed and implemented by the FPGA tools based on theUV communication experiment platform。 The RS code is applied to the system。 Abit error ratetesting experimental method is also designed to test the RS performance in the separated asynchronous communication system。 The test results show that, an obvious gain is brought to the NLOS UV Communication with RS code comparing with the same case without RS。

Key Words: UV-NLOS communication; RS code; BER

1 引言

在无线光通信系统中,由于200nm~280nmC波段紫外光在地表是日盲区,因此备受关注,大气中的分子和微粒对紫外光的散射特性使得紫外光可以实现非视距的通信【1】。实验方面,用紫外激光器实现远距离的通信2,UV-LED、紫外汞灯和低成本探测器等实用化通信上的探索【3】。理论方面,紫外单散射模型和多散射模型逐步完善。

目前,紫外通信通信编码的研究还比较少,必须将一种高性能的编码方式与紫外通信结合起来。本文基于紫外光通信实验平台,在FPGA上设计实现高纠错能力的RS编码并应用于改通信平台,并设计实验对紫外通信下的RS性能进行测试。

2 紫外通信系统

紫外光实验平台选用紫外LED作为光源, PC将信号以分组的形式送入FPGA,经过RS纠错编码模块,PPM调制模块,最终送入LED驱动。在接收端,光电倍增管(PMT)探测微弱信号,将其转换为电信号,经多级放大后由A/D电路进行采集,数字滤波进行噪声处理,进入门限判决器,最终将判决信号进行同步解调和译码。

2。1 RS18,10

RS码是一类有很强纠错能力的多进制BCH码,不仅能纠正随机错误,还能纠突发错误。紫外光通信中最主要的损耗为路径损耗,易出现突发差错,采用长分组码时,容易导致连续错误。因此,短码更适合紫外光通信

本文选用RS1810),其最小码距9,可以纠正≤4的符号错误。其生成多项式为:。编码部分采用线性移位反馈寄存器构成的除法电路来实现。

译码部分,将接收到的完整的一组系统码{Rn-1,Rn-2,……R2,R1,R0}存入缓存,通过计算接收多项式得到伴随式,如果伴随式为零,则接收无误,反之,由BM迭代算法确定错误位置多项式,利用Chien搜索法找出错误位,forney算法解得错误值并纠正错误。本文中译码器采用流水结构,各模块的功能由它的上一个模块的计算结果而触发。

RS编译码器采用VerilogAltera公司的cycloneⅡ芯片上实现,在Modelsim上进行仿真,通过串口与电脑连接进行背靠背测试。

2.2 误比特率

紫外光通信的存在光路延时,为实时测量误比特率,本文设计了内嵌式误比特器。接收端根据信号的前导序列和标识位进行同步检测,解调信号,进而将解调的信号一路进行纠错译码,另一路直接提取信息位,最终将两路信号与本地源序列对比,统计出误比特率。

3实验与测试

为了测试条件稳定,本论文在室内(长××=70m×8m×5m)进行紫外光通信实验。所有实验基于上述的紫外光通信实验平台进行。其中,LED中心波长265nm,波束宽度为7°,半球面封装,本次实验设定LED的功率为0.4mA。调制方式为4-PPM,调制信号速率20Kbps。接收端设置干涉型紫外滤光片,中心波长266nm,全波半宽12nm,峰值透过率20%。光电倍增管为R7154PMT(侧窗型,附带多极放大模块),光谱响应范围160nm~320nm,增益可调,其中阴极放大增益105倍。A/D采样频率为8MHz

3.1 测试结果分析

紫外光通信中,通信距离、收发仰角都是信噪比的重要影响因素。为了在不同信噪比下测试RSBER,试验中设置了多种收发仰角和通信距离,以获取不同的通信信噪比。本论文用相同BER情况下,有无RS时可能达到的通信距离来表示RS的纠错性能。

0°— 0°                         30°— 30°

1 不同收发仰角下,有无RS时的BER测试

如图1所示,实验分别测试了不同收发仰角,逐渐增加距离时的BER结果。测试结果可见,在加入RS后,在相同误码率时能传输更远的距离,通信性能得到了提升。收发仰角为0°— 0°,误比特率为10-3时,无RS编码的通信距离为30m,有RS时的距离达到了38m,距离增益为1.13dB。当误比特率为10-4时,距离增益为1。3dB,误比特率为10-6时增益为2dB

在通信环境良好,信噪比较好情况下的RS编码增益会更高,当误码率小于10-2时,RS可以带来性能提升,当误码率大于10-2时,信道恶化,突发差错增加,超出RS的纠错能力,系统性能不会带来有效的提升。

4 结论

本论文将RS纠错编码应用于紫外光通信系统,设计实验对RS编码对紫外通信性能的提升进行了验证。结果表明,当接收信号信噪比大于一定门限后,RS编码可以有效的提升系统的性能,随着接收信噪比的增大,RS码的增益也将提高。

目前RS编码一般为硬判决译码,可以纠正连续的或者随机的突发错误,但纠错能力有限,而卷积码为软判决译码,不能纠连续的错误,但其纠正随机差错的能力大于RS码,两种编码的优点可以实现互补,将二者结合起来将能更进一步的提升紫外通信的性能。

参考文献

[1] W S Ross,R S Kennedy.An investigation of atmospheric optically scattered non-line-of-sight communication links[J].Army Research Office Project Report, Research Triangle Park, NC, 1980.

[2] D E Sunstein.A scatter communication link at ultraviolet frequencies[J].B.S.Thesis, MIT, Cambridge, MA, 1968.

[3] M Shatalov, J Zhang, A S Chitnis,etc.Deep ultraviolet light-emitting diodes using quaternary AlInGaN multiple quantum wells[J]. IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron,2002,8(2):302-309.

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