紫外光通信系统设计与实现

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1、紫外光通信系统研究及实现摘要光通信作为一种新型的通信方式，越来越受到学者广泛的关注。与传统的无线电通信相比，虽然其通信距离较近，但是保密性高，而且不易被窃听和跟踪。紫外光波长较短，容易散射，在短距离内可以做到非视距通信，适用于较复杂的地理环境。另外，使用日盲紫外光作为通信媒介可以实现全天候局部通信，非常适合在舰船，直升机群中使用。本课题使用波长为255nm的紫外光，此波段的紫外光从宇宙入射到地球表面时，绝大部分已被臭氧吸收掉，可以认为通信的背景环境中没有干扰光，并且使用较小的功率就可以实现较低误码率通信。本文给出了直视与非直视的通信链路模型，分析了路径损耗、误码率和通信距离之间的关系。光源使

2、用紫外LED，其体积较小结构简单，易于驱动，并具有相对较高的输出功率。在接收端使用光电倍增管，工作波段在相应的紫外区。本课题采用数字通信方式，需要对时序逻辑进行严格控制，故选择FPGA实现紫外光的调制和解调。经过测试，通信速率选择600kHz，整个通信系统可以实现100米以内的低误码率通信。本文详细讲解了系统的硬件驱动电路、接收解调电路，系统软件设计误码率计算等。针对标准PPM调制的一些不足，本课题使用改进后的PPM调制体制对光信号进行编码调制，增加了光源输出功率，同时也提高了系统的可靠性。经试验测试，效果较好，可以实现较低误码率通信。关键词：紫外光；LED；光电倍增管；FPGA紫外光通信系

3、统研究及实现ABSTRACTAsanewcommunicationmode,moreandmorescholarshavedrawnattentiontoopticalcommunication.Comparedwiththeconventionalradio,thecommunicationdistanceisrelativelycloser,butithashighersecuritywithrespecttohardlyeavesdroppingandtracking.TakingintoaccounttheshorterUVwavelengthwhichiseasytoscatter

4、,non-line-of-sightcommunicationcouldbeachievedwithinashortdistance.Thisprovidespossibleapplicationsincomplexgeographicalenvironment.Additionally,theimplementofsolar-blindultravioletasacommunicationmediumcouldmakeita24-hourscontinuouslyforlocalcommunication.Asaconsequent,itisverysuitableforshipsandh

5、elicopter.Thistopicfocusontheworkingwavelengthof255nmUVlight,whichincomingenergyontheearthsurfacewasabsorbedbyozonemostly.Basedontheassumption,thereisnoobtrusivelightinthecommunicationenvironment.Then,wecanproductLow-BitErrorRateofcommunicationwithlowpower.ThispaperpresentstheLOSandNLOScommunicatio

6、nlinkmodel,theanalysisoftherelationshipbetweenthepathloss,biterrorrate,andthecommunicationdistance.Ultravioletlightsourcesbasedonultravioletlight-emittingdiodespresentseveraladvantages:theyaresmallonthevolume,simpletomanufacture,easytodrive,relativelyhighpoweroutputandwhenthephotomultipliertubeisus

7、edatthereceivingend,theworkingwavebandcorrespondsdirectlywiththeultravioletregion.Inthispaper,weadoptthedigitalcommunicationmodewhichrequiresaccuracycontroltosequentiallogic.Basedontheabove,FPGAisselectedto