紫外通信信道特性研究以及语音通信平台搭建

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1、紫外通信信道特性研究以及语音通信平台搭建第一章绪论1.1引言：问题的提出及研究意义通信的目的是传输消息，消息具有各种不同的形式，例如：符号，文字，话音，数据，图片，视频等。如今通信是整个社会的高级神经中枢，推动着整个人类文明的进步。现代通信主要以电磁波为媒介，主要分为无线电通信、光纤通信和自由空间光通信等方式。无线电通信受地理条件影响小，能与运动中的、被遮挡的对象建立即时的通信连接。它广泛地应用于地面、航海甚至航空领域中，是现代人们主要的通信方式。但无线电频带属于一种十分宝贵的战略资源也是一种有限

2、的自然资源，在同一时间、空间，采用相同频率的无线电发射设备之间可能因相互干扰而无法正常工作，同时保密能性能不足。光纤通信则利用纤芯与包层的折射率差异来实现光在光纤中的全反射从而实现光的远距离传输。该项技术自1977年首次通信实验成功后，得到极其迅速的发展，基于光纤的网络现在几乎到达了每家每户。这种通信方式干扰小，传输稳定，带宽高，容量大，保密性好，可实现远距离传输，但需要预先铺设光纤，机动性差，比较适合城市，家庭等固定的通信方式。在需要高度保密和高度可靠性的通信领域中，需要尽可能多地应用各种通信方

3、式，来确保在复杂的电磁环境下通信的顺畅。自由空间光通信则是一种很好的选择，目前主要的自由空间光通信研究主要集中在量子通信，紫外通信，可见光通信几个方面。他们各自应用于不同的场合，与无线电通信，光纤通信互为补充，为复杂形势下的通信网络提供了新的选择。1.2国内外研究现状以及研究历史紫外通信由于其独特的优势，受到各军事强国的重视。国外的研究工作开始较早：美国海军工程署在1939年发布的报告中就探讨了作为海军通信用的紫外光源、探测器和滤波片的技术及性能[11]，这些技术经过之后五六十年的发展取得了长足的

4、进步。与之相比，紫外通信的相关研究和实践工作在国内起步较晚，上世纪90年代后才开始有相关报道。对于紫外光通信信道模型以及系统搭建的研究始于上世纪六十年代，1964年G.L.Harvey率先对紫外通信的关键技术进行了研究[12]，一年后L.R.Koller给出了紫外光的辐射特性[13]，1968年D.E.Sunstein的论文中最早出现了紫外通信系统的具体实验，同时研究了26km范围内的紫外通信模型[14]。1976年普林斯顿大学的E.S.Fishburne等人利用汞弧光灯作为光源，第一次实现了载波

5、调制速率约40Khz的紫外语音非直视通信[15]，同年MIT的D.M.Reilly在他的论文中提出单次散射模型用于研究紫外通信的信道特性[16]。到1985年，美国海军海洋系统中心的MGeller等人研制了一套相对成熟的日盲紫外短距离通信系统[17]，其光源采用两个25bit/s[18]但由于设备和技术的限制，他们提出的电光调制器构成的外部调制光路难以应用于实际的通信场合。美国GTE公司于2000年为美军研制了一种实用的紫外无线光通信系统[10]，并装备部队，该系统通信速率为4.8KHZ，误码率达

6、10-6，非视距条件下通信距离为1~2km，视距下达5~10km。.第二章紫外光通信原理2.1紫外光的大气传输特性长波紫外（UVA）：其波长介于315~400纳米之间，有很强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。日光中含有的长波紫外线有超过98%能穿透臭氧层和云层到达地球表面，UVA同时可以直达肌肤的真皮层。中波紫外（UVB）：其波长介于280~315纳米之间，具有中等穿透力，它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层所吸收，只有不足2%能到达地球表面。短波紫外

7、（UVC）：其波长介于100~280纳米之间，穿透能力极弱，由于臭氧层对其强烈吸收，该波段的紫外光几乎完全无法穿透臭氧层，因此近地大气中几乎不存在来自太阳辐射的这一波段的紫外背景，该波段又被称为日盲波段。依靠这一波段的紫外线作为载波可以在日照情况下得到较高的信噪比。波长100～200nm的波段，又称为真空紫外线，它能使空气中的氧气转化成臭氧，称为臭氧发生线。平流层中大气温度是呈垂直递增的，不利于大气的对流，气流以平流运动为主，平流层由此而得名，是自对流层顶到55km高度间的气层。平流层中的大气成分

8、以氧气、臭氧为主，包含少量的水汽和尘埃。平流层中的臭氧则主要分布于平流层底部附近的20km左右范围，也就是人们常说的臭氧层，该层汇集了所有大气中90%的臭氧分子，由于臭氧对于紫外线的强烈吸收作用，尤其是对于短波紫外（200~280nm）的强烈吸收作用，臭氧层被誉为生命的保护伞。.2.2紫外光与大气颗粒的相互作用除了真空，没有一种媒质对电磁波是绝对透明的，光的强度随传进媒质的深度而减少的现象称为媒质对光的吸收。在考虑大气对紫外光的吸收作用时，应该从背景和信号两个方面来考虑。为得到更高