FPGA技术在无线光通信PPM调制系统优化设计中的运用

【摘要】无线光通信技术是目前运用比较广泛的一门通信技术，它融合了无线通信和光纤通信的优势，具有广泛的发展前景和市场，因而，相关部门应该加强对无线光通信技术的重视。下面本文就对FPGA技术在无线光通信PPM调制系统优化设计中的应用分析。

【关键词】无线光通信；脉冲位置调制；FPGA技术

无线光通信技术融合了无线通信和光纤通信的优势，具有传输速率高、通信的容量比较大等很多优点，因而在当今信息技术发达的时代，无线光通信技术的应用前景十分广阔。无线光通信中包含了许多关键技术，其中脉冲位置调制（PPM）是一种功率有效的通信方式，研究PPM的调制方式，以及它在无线光通信中的应用具有非常重要的意义。

一、PPM调制原理和相关技术的基本认识

PPM调制的基本原理主要是通过编码产生PPM的脉冲信号，根据不同的判断信号，对发出的脉冲进行不断的调制，使得脉冲的周期与调制信号呈现一定的数量关系，在进行编码和解码时更加方便、快捷。由于PPM调制所使用的是不连续的光脉冲，根据脉冲的发射频率以及其他因素的不同，将其调制形式主要分为以下三种：差分脉冲、单脉冲、多脉冲位置调制。其中单脉冲位置调制是将n位的二进制数据组，映射到某一帧周期的某一个间隙上，与此同时，在其他间隙中没有出现脉冲信号。在相同传信率的条件下，单脉冲调制所占用的带宽要比OOK调制有所增加，对传输码的要求也比较高。多脉冲与单脉冲正好相反，它在一帧周期内可以发送多个脉冲，一般来说，根据排列或者组合的不同种类，它们的传信能力也有所不同，而且每个脉冲的脉宽和电平值都不一样，因而，要想实现多脉冲比较困难，在解码上也存在一定的难度。差分脉冲是将脉冲间隙去除之后，所形成的无脉冲间隙，使得吞吐量大大增加。由于多脉冲位置调制具有很高的数据传输率，占用的带宽也比较小，但是实现起来比较复杂，同时，差分脉冲位置调制可以提供较高的功率、平带利用率，吞吐率也相对来说比较高，但是误码率较高，因而一般倾向于较高传输率、误码率低的单脉冲位置调制，来实现PPM调制系统。

FPGA可以作为标准处理器芯片的算法协处理器，可以实现编程的重新配置，以及体系的扩展，而且由于FPGA具有很强的现场编程性和高密度性，在进行相关设计时，可以借助CAD技术，缩短产品的开发周期，降低投资的风险。FPGA的功能完全是由用户的配置程序决定的，可以在不改变外部接口的情况下，改变电路的逻辑结构，实现多种军品设备、小批量设备的研发，也很符合现代通信发展的需要。一般来说，FPGA的器件结构分为两种，一种是以阵列分布逻辑单元存在的，它的电路结构与门阵列电路十分相似，芯片的四周可以进行编程，芯片内部由阵列分布的可进行编程的逻辑单元组成的。另一种是属于PAL结构扩展型，它的主要特点是可以实现阵列编程，或者实现阵列固定。

二、FPGA技术在PPM调制系统优化设计中的运用

在对PPM调制解调系统进行设计时，可以采用FPGA（现场可编程门阵列）技术来实现，在本文中通过运用VHDL硬件描述语言，来实现PPM电路的相关功能。

首先进行设计的基本思路是：由于输入数据时是串行输入的，在一帧时间内，调制器可以传输4bits的数据，因而在进行数据传输之前应该先进行串并的变换。根据PPM的调制原理可以得知，此时的传信间隙为16个，在进行串并变换时，时钟信号是时隙间隙的四分之一，因而每次输完四个数据时，要将维持一帧的时间与计数器产生的计数值进行比较，使用锁存器对输出的数据进行有效的控制。当计数值与输入的并行数据相等时，就输出高电平1，不等的情况就输出低电平0，这也就是通过相关的输入数据，有效控制脉冲的位置。具体设计如图1所示。

其次是PPM的同步信号获取，由于PPM信号中连0码过长，在使用锁相环时很容易出现失锁的现象，因而，利用脉冲位置调制同步的基本原理是，首先保证能够获得间隙同步的时钟，然后利用PPM信号自身所具有的特点，运用数字逻辑电路将字同步时钟提取出来。在这个过程中，要注意以下几个方面的问题，在接收端正确解调出传输数据的基础上，还要准确判断光脉冲的位置，达到能够立即回复出字同步时钟的效果。利用数字逻辑电路，可以弥补锁相环技术产生的缺陷，可以使操作更加简单，成本更低。

最后，在PPM调制器调制信号的16个间隙中，包含1个光脉冲，经过定时再生的PPM信号，可以进行信号的移位，达到寄存器内，而后在时隙同步时钟的作用下，通过寄存器依次并出，使得每个连续的间隙信号通过相同的逻辑电路进行测量。这个逻辑电路的作用是：当一个间隙时钟到达时，移位寄存器可以并出16路信号，如果里面只有1个高电平，那么逻辑电路将会输出高电平1，否则会输出低电平0。在进行脉冲计数时，将16个数划为一个进位的脉冲，记为脉冲1，其他情况记为0，将逻辑电路输出的电信号和计数器输出的电信号进行相与，最后使门输出的低电平和计数器输出的高电平相同，逐步实现字同步的效果。同时，为使得输出数据更加稳定，可以在PPM解调器的并串交换完成之后，在电路中加入一个判断电路，使输出数据更加准确。PPM调制字同步信号产生的原理如图2所示。

图2 PPM调制字同步信号产生的原理

三、结语

随着信息技术的不断发展，无线光通信（FSO）技术的应用越来越广泛，它具有传输速率高、通信容量大等诸多优势，在许多场合都有很广泛的应用，也是目前通信行业研究的一个重点。PPM是无线光通信中比较常见的一种调制方式。在本文中，首先对无线光通信中PPM调制原理进行分析，其次对FPGA技术进行简单介绍，阐释了PPM调制系统中FPGA技术的应用，阐释了FPGA技术的科学性和合理性，强调了无线光通信中PPM调制系统中FPGA技术的重要性。

参考文献

[1]张铁英，王红星，邢永强等.无线光通信中PPM的差错编码调制研究[J].光通信研究，2009（4）：67-70.

[2]刘金龙，左勇，张文博等.基于FPGA平台紫外通信系统的调制技术研究[J].光电子技术，2011，31（3）：188-191.

[3]刘安良.基于FPGA的无线光通信多路信号同步系统研究[D].大连理工大学，2013.

推荐访问： 调制 优化设计 光通信 系统 技术

---