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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410626505.9(22)申请日 2014.11.10H04L 1/00(2006.01)H04L 25/03(2006.01)H04B 10/2575(2013.01)H04B 10/54(2013.01)(71)申请人 湖南大学地址 410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路1号(72)发明人 何晶 温学杰 李腾 陈林(54) 发明名称基于低密度奇偶校验码的多带超宽带光纤无线通信方法(57) 摘要本发明公开了一种基于低密度奇偶校验码的多带超宽带光纤无线通信方法。采用马赫曾德尔强度调制器将基于低密度奇偶校验码的多带超宽带信号调制。
2、到光载波上，经过光纤链路传输至基站单元后，利用掺铒光纤放大器对该光载多带超宽带信号的光功率进行放大，然后通过光电检测器转换成电多带超宽带信号，采用电带通滤波器对电多带超宽带信号进行滤波得到多带超宽带射频信号，最后通过对电多带超宽带信号进行正交频分复用解调和低密度奇偶校验译码，得到多带超宽带的基带信号。本发明采用光纤无线通信方法传输基于低密度奇偶校验码的多带超宽带信号，有效的解决了多带超宽带无线通信系统传输距离受限的问题，改善了接收机灵敏度，提高了系统性能。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图4页(10)申请公布号 CN 。
3、104468033 A(43)申请公布日 2015.03.25CN 104468033 A1/1 页21.基于低密度奇偶校验码的多带超宽带光纤无线通信方法，其特征在于 , 所述的方法包括以下步骤 ：使用一个外腔激光器产生光载波 ；采用低密度奇偶校验码对多带超宽带信号进行信道编码，产生基于低密度奇偶校验码的多带超宽带信号 ；通过马赫曾德尔强度调制器，将基于低密度奇偶校验码的多带超宽带信号调制到光载波上产生双边带信号，经过光纤链路传输至基站单元。2.如权利要求 1 所述的基于低密度奇偶校验码的多带超宽带光纤无线通信方法，其特征在于，所述的低密度奇偶校验码依据 IEEE 802.15.3c 标准，采。
4、用编码速率为 3/4 的LPDC(672,504) 块长编码准则，根据其对应的 H 矩阵对原始比特数据进行编码，产生新的基于低密度奇偶校验码的多带超宽带信号。3.如权利要求 1 所述的基于低密度奇偶校验码的多带超宽带光纤无线通信方法，其特征在于，所述的多带超宽带信号采用 ECMA-368 标准中的前 3 个子频带即第一带组，采用 ECMA-368 标准中的时频码 (TFC1) 作为跳频方式，每个子频带均采用正交频分复用调制(OFDM) 技术。4.如权利要求 1 所述的基于低密度奇偶校验码的多带超宽带光纤无线通信方法，其特征在于，所述的马赫曾德尔强度调制器的偏置电压设置为与其半波电压的比值为 0。
5、.5，即偏置电压设置为负正交点，使马赫曾德尔强度调制器工作于特性曲线的线性区域。5.如权利要求 1 所述的基于低密度奇偶校验码的多带超宽带光纤无线通信方法，其特征在于，基站单元包括 ：采用掺铒光纤放大器，放大经光纤传输之后的光载多带超宽带信号的光功率 ；通过光电检测器，将接收的光载多带超宽带信号转换成电多带超宽带信号 ；通过电带通滤波器，对电多带超宽带信号进行滤波，滤除带外噪声 ；通过译码解调接收模块，对电多带超宽带信号进行OFDM解调和LDPC译码，得到多带超宽带基带信号。权 利 要 求 书CN 104468033 A1/5 页3基于低密度奇偶校验码的多带超宽带光纤无线通信方法( 一 ) 技。
6、术领域0001 本发明属于光纤无线(Radio-over-Fiber,缩写为ROF)通信系统中基于多带正交频分复用超宽带的光纤无线通信系统。( 二 ) 背景技术0002 随着高分辨率电视和云计算等诸多领域对通信容量需求的快速增长，超宽带(UWB) 技术作为一种新型无线通信技术，与传统通信系统相比，具有频谱宽、数据传输率高、功耗低、安全性高、多径分辨能力强、定位准确等优点，因此它被认为是满足带宽需求快速增长的潜在解决方案。超宽带系统可与现有的窄带无线通信系统 ( 如蜂窝通信系统，全球定位系统等)公用频段共享频谱资源，大大提高了频谱利用率。美国联邦通信委员会(FCC)规定 3.1GHz-10.6G。
7、Hz 为 UWB 允许使用频段范围，且它的发射功率必须低于 1mW。在 IEEE 802.15.3a 中，多带正交频分复用超宽带技术 (MB-OFDM UWB) 通过动态频谱整形可以灵活分配频谱资源，同时，对于射频信号的干扰和多径效应具有高鲁棒性，在小于 10 米的范围内能提供无线连接速率最大可达到1Gbps，易于实现多用户的短距离高速数据通信。虽然其具有诸多优点已经成功应用在多个方面，但是 MB-OFDMUWB 信号的无线传输距离只有几米到几十米的范围，大大限制了超宽带技术的应用范围。0003 欧洲 ECMA-368 标准、国际标准组织与国际电工工委会的 ISO/IEC26907 标准均采用。
8、多带正交频分复用 (MB-OFDM) 方案作为 UWB 的物理层标准。如图 1 所示，标准规定了一种基于 MB-OFDM 的 UWB 系统，其传输速率可高达 480Mbps，使用 3.1GHz-10.6GHz 频段，将7500MHz 频段分为 14 个带宽为 528MHz 的子频带 (band) 及 6 个带组 (BG)，每个频带均采用OFDM技术生成MB-OFDM UWB信号，产生的MB-OFDM UWB信号有128个子载波(包括100个信息子载波、12 个导频子载波、10 个保护子载波和 6 个空子载波 )，子载波间隔为 4.125MHz。经过离散傅里叶变换后，添加保护间隔，并通过时频码 。
9、(TFC) 调制到不同频率的载波上。ECMA-368标准中一共规定了10种TFC类型，分别对应10种正交频分复用(OFDM)符号的传输方式，图 2 为本发明中第一个带组采用 TFC1 的跳频方式。0004 近年来，为了提供随时随地的超宽带无线接入服务，使非无线窗口下的信号可以传输更远的距离，将超宽带技术和光纤无线通信技术 ROF 进行结合被认为是有效的解决方案。在未来宽带无线通信中，多带正交频分复用超宽带光纤无线通信系统因其减小了多径效应引起的频率选择性衰落同时增大了无线信号的覆盖范围，并且提供高速率的数据通信而受到了越来越多的关注。但是，在 MB-OFDM UWB 信号在光纤传输过程中，由于。
10、受非线性效应和色散损伤影响，特别是累积的光放大器噪声、色度色散 (CD) 与偏振模色散(PMD) 都会使信号质量有所劣化 T.Alves and A.Cartaxo,“Performance degradation due to OFDM-UWB radio signal transmission along dispersive single-mode fiber,“IEEE Photon.Technol.Lett.,Vol.21,pp.158-160,2009。因此，为了避免光纤传输过程中带来的传输性能劣化，低密度奇偶校验码 (LDPC) 作为一种纠错编码来提高光纤传输性能 I.B.Djo。
11、rdjevic,O.Milenkovic and B.Vasic,“Generalized low-density 说 明 书CN 104468033 A2/5 页4parity-check codes for optical communication systems,“J.Lightw.Technol.,Vol.23,pp.1939-1946,2005。此外，M.N.Sakib 等提出在 IEEE802.15.3c 标准中采用短块 LDPC 码作为脉冲超宽带 (IR-UWB) 系统的低复杂度解决方案 M.N.Sakib,T.Huang,W.J.Gross and O.Liboiron-La。
12、douceur,“Low-Density Parity Check Coding in Ultra-Wide band-Over-Fiber Systems,“IEEE Photon.Technol.Lett.,Vol.23,pp.1493-1495,2011。( 三 ) 发明内容0005 本发明针对上述情况，解决了多带超宽带无线通信系统传输距离受限的问题。同时，改善了接收机灵敏度，提高了系统性能，具有创新性的实用价值。0006 为了达到上述目的，本发明所采用的具体方法如下 ：0007 在中心站单元，利用外腔激光器产生一个连续光信号 ；通过一个马赫曾德尔强度调制器，将基于 LDPC 编码的 M。
13、B-OFDM UWB 信号直接调制到光信号上，编码标准依据 IEEE 802.15.3c 标准，采用编码速率为 3/4 的 LPDC(672,504) 块长编码准则，根据其对应的 H 矩阵对原始比特数据进行编码，产生新的基于 LDPC 编码的多带超宽带信号 ；调制方式采用光双边带调制 ；马赫曾德尔强度调制器的偏置电压设置为与其半波电压的比值为 0.5，即偏置电压设置为负正交点，使马赫曾德尔强度调制器工作于特性曲线的线性区域 ；经过光纤链路传输至基站单元后，采用掺铒光纤放大器放大信号光功率来补偿光纤链路中的损耗 ；通过高速光电检测器将 LDPC 编码的光载 MB-OFDM UWB 信号转换成为 。
14、LDPC 编码的 MB-OFDM UWB 电信号 ；采用电带通滤波器对 LDPC 编码的 MB-OFDM UWB 电信号进行滤波得到 MB-OFDM UWB 射频信号 ；最后通过译码接收模块对 LDPC 编码的 MB-OFDM UWB 电信号进行解调，并对LDPC 进行译码得到多带超宽带的基带信号，译码方法采用软判决译码中的和积算法。0008 本发明将 LDPC 编码用于多带正交频分复用超宽带光纤无线通信系统，增长了多带超宽带信号的传输距离，改善了接收机灵敏度，提高了系统性能。( 四 ) 附图说明0009 图 1 为 ECMA-368 标准规定的 MB-OFDM UWB 系统带组分配图 ；00。
15、10 图 2 为本发明中第一个带组采用 TFC1 的跳频方式 ；0011 图 3 为马赫曾德尔强度调制器的特性曲线 ；0012 图 4 为本发明实施的实现方案结构示意图 ；0013 图 5 为本发明实施的中心站单元的结构示意图 ；0014 图 6 为本发明实施的基站单元的结构示意图 ；0015 图 7 为本发明实施的光纤无线通信方法的下行传输链路示意图 ；0016 图 8 为映射方式为 16QAM 时有无 LDPC 编码的系统性能比较。0017 图 4、图 5，图 6 和图 7 中的数字分别代表如下实验器件 ：0018 1- 外腔激光器 (ECL)0019 2- 偏振控制器 (PC)0020 。
16、3- 马赫曾德尔强度调制器 (MZM)0021 4- 基于低密度奇偶校验码的多带超宽带信号0022 5- 光纤链路 (SSMF)说 明 书CN 104468033 A3/5 页50023 6- 掺铒光纤放大器 (EDFA)0024 7- 光电检测器 (PD)0025 8- 电带通滤波器 (EBPF)0026 9- 隔离直流模块0027 10- 译码解调接收模块0028 11- 中心站单元 (CS)0029 12- 基站单元 (BS)( 五 ) 具体实施方式0030 下面结合具体实验例子和附图，对本发明作具体说明。0031 由图 1 所示，本发明中的多带超宽带信号采用 ECMA-368 标准规定。
17、的 MB-OFDM UWB系统带组分配图中的第一个带组 Band Group 1，即 band#1、band#2 和 band#3 这 3 个子频带；0032 由图 2 所示，本发明中第一个带组采用 TFC1 的跳频方式 ；0033 由图 3 所示，将马赫曾德尔强度调制器的偏置电压设置为与其半波电压的比值为0.5，即偏置电压设置为负正交点，使马赫曾德尔强度调制器工作于特性曲线的线性区域。0034 由图 4 所示，基于低密度奇偶校验码的多带超宽带光纤无线通信方法各部件分别说明如下 ：0035 外腔激光器 1，用于产生指定波长的单纵模光载波 ；0036 偏振控制器 2，用于控制进入马赫 - 曾德尔。
18、强度调制器的光载多带超宽带信号的偏振态，使其输出光功率最大化 ；0037 马赫曾德尔强度调制器 3，用于对指定波长的单纵模光载波进行强度调制，马赫曾德尔强度调制器的偏置电压设置为负正交点 ；0038 基于低密度奇偶校验码的多带超宽带信号 4，用于驱动马赫曾德尔强度调制器 2实现双边带调制产生基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号 ；0039 光纤链路 5，用于传输基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号 ；0040 掺铒光纤放大器 6，用于放大基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号经光纤传输之后的光功率 ；0041 光电检测器 7，用于将接收的基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号转换成。
19、基于低密度奇偶校验码的电多带超宽带信号 ；0042 电带通滤波器 8，用于对基于低密度奇偶校验码的电多带超宽带信号进行滤波，滤出带外噪声 ；0043 隔离直流模块 9，用于移除电低密度奇偶校验码的多带超宽带信号的直流分量 ；译码解调接收模块 10，对电多带超宽带信号进行正交频分复用解调和低密度奇偶校验码的译码，得到多带超宽带基带信号 ；0044 中心站单元 11，用于产生基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号 ；0045 基站单元 12，用于对基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号进行光电转换，并进行译码解调接收，得到多带超宽带基带信号。0046 图 5 为本发明的中心站单元的结构示意图，。
20、包括 ：说 明 书CN 104468033 A4/5 页60047 外腔激光器 1，用于产生指定波长的单纵模光载波 ；0048 偏振控制器 2，用于控制进入马赫 - 曾德尔强度调制器的光载多带超宽带信号的偏振态，使其输出光功率最大化 ；0049 马赫曾德尔强度调制器 3，用于对指定波长的单纵模光载波进行强度调制，马赫曾德尔强度调制器的偏置电压设置为负正交点 ；0050 基于低密度奇偶校验码的多带超宽带信号4，用于驱动马赫-曾德尔强度调制器2实现双边带调制产生基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号 ；0051 图 6 为本发明的基站单元的结构示意图，包括 ：0052 掺铒光纤放大器 6，用于放。
21、大光低密度奇偶校验码的多带超宽带信号经光纤传输之后的光功率 ；0053 光电检测器 7，用于将接收的基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号转换成基于低密度奇偶校验码的电多带超宽带信号 ；0054 电带通滤波器 8，用于对基于低密度奇偶校验码的电多带超宽带信号进行滤波，滤出带外噪声 ；0055 隔离直流模块 9，用于移除电低密度奇偶校验码的多带超宽带信号的直流分量 ；译码解调接收模块 10，对电多带超宽带信号进行正交频分复用解调和低密度奇偶校验码的译码，得到多带超宽带基带信号。0056 图 7 为本发明的光纤无线通信方法的下行传输链路示意图，包括 ：0057 中心站单元 11，用于产生基于低密。
22、度奇偶校验码的光载多带超宽带信号 ；0058 光纤链路 5，用于传输基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号 ；0059 基站单元 12，用于对基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号进行光电转换，并进行译码解调接收，得到多带超宽带基带信号。0060 图 8 为有或者无 LDPC 编码时系统性能的比较图，当误码率为 10-3 时，有 LDPC 编码比无 LDPC 编码的接收机灵敏度大约有 4dB 的提高。0061 本发明基于低密度奇偶校验码的多带超宽带光纤无线通信方法工作过程如下 ：0062 在中心站单元 11，利用外腔激光器 1 产生一个连续光信号 ；将马赫曾 - 德尔强度调制器的偏置电压设。
23、置为负正交点 ；采用一个基于低密度奇偶校验码的多带超宽带信号 3通过一个马赫曾德尔强度调制器 2 直接调制光信号，其调制方式采用光双边带调制，产生基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号 ；经过光纤链路 4 传输至基站单元 12，利用一个掺铒光纤放大器 5 对基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号经光纤传输之后的光功率进行放大 ；通过一个光电检测器 6 将基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号转换成基于低密度奇偶校验码的电多带超宽带信号 ；通过一个电带通滤波器 7 对上述基于低密度奇偶校验码的电多带超宽带信号进行滤波，滤除带外噪声 ；然后同隔离直流模块9，移除低密度奇偶校验码的电多带超宽带。
24、信号的直流分量 ；最后通过译码解调接收模块10，对电多带超宽带信号进行正交频分复用解调和低密度奇偶校验码的译码，得到多带超宽带基带信号。0063 ( 六 ) 主要技术优势0064 本发明基于低密度奇偶校验码的多带超宽带光纤无线通信方法，采用马赫曾德尔强度调制器调制产生基于低密度奇偶校验码的光载多带超宽带信号。通过光纤传输，采用说 明 书CN 104468033 A5/5 页7光电检测器转换为基于低密度奇偶校验码的电多带超宽带信号。本发明有效的解决了多带超宽带无线通信系统传输距离受限的问题。同时，改善了接收机灵敏度，提高了系统性能。说 明 书CN 104468033 A1/4 页8图1图2说 明 书 附 图CN 104468033 A2/4 页9图3图4说 明 书 附 图CN 104468033 A3/4 页10图5图6图7说 明 书 附 图CN 104468033 A。