模数信号水下无线光通信研究

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1、硕士学位论文模数信号水下无线光通信研究RESEARCHONUNDERWATERWIRELESSOPTICALCOMMUNICATIONBASEDONANALOGDIGITALSIGNAL马凯丽哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TN29学校代码：10213国际图书分类号：621.39密级：公开工学硕士学位论文模数信号水下无线光通信研究硕士研究生：马凯丽导师：田兆硕申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：信息与电气工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN29U.D.C:621.39Disser

2、tationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONUNDERWATERWIRELESSOPTICALCOMMUNICATIONBASEDONANALOGDIGITALSIGNALCandidate：MakailiSupervisor：TianzhaoshuoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofInformationandElectricalEngi

3、neeringDateofDefence：June，2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着科技的进步以及对海洋资源的探测与开发，我国已在海底资源探测、海底传感器网络、水下无人机以及核潜艇等方面取得了一定的成就，这些成就的取得均离不开信息的水下无线传输。目前，常用的水下无线通信方式主要有长波通信、水声通信、光通信三种。水下光通信以蓝绿激光为信息载体实现信息传输，相比于其它通信方式,具有承载信息能力强、通信带宽大、保密性好以及体积小等优点，既能克服长波通信及水声通信存在的

4、体积大，保密性差等缺点，又能穿透水气界面实现空中与水下的无线通信，因此研究水下无线光通信系统具有重要意义。本文首先分析了海水信道对光波的衰减作用，使用功率计对实验室传输信道的衰减系数进行了测试，并对实验测得的衰减系数与同一光波在不同大洋水质中的衰减系数进行了比较。在分析了传输信道衰减系数的基础上，对水下无线光通信中常用的几种调制方式的光发射功率、误时隙率、传输信息容量以及带宽需求进行了比较分析，得出OOK（开关键控调制）调制的硬件部分实现最为简单、且带宽利用率最高；PPM（脉冲位置调制）调制的光发射功率、误时隙率均最低。其次，在完成理论分析的基础上，设计了一套基

5、于OOK调制的水下无线光通信系统，采用LabVIEW软件环境编程，在实验室传输信道中，实现了文字信息的无失真传输。然后，在实现基于OOK调制的信息水下无线传输的基础上，利用FPGA（现场可编程门阵列）开发板，实现了基于PPM调制的文字信息的水下无失真传输，在发送速率、发送间隔及发送内容相同的条件下，测试了两种调制方式发射端光源所发射光脉冲的平均功率，得出PPM调制的光发射功率远远小于OOK调制，且通过实验对比发现PPM调制的抗干扰能力远大于OOK调制。最后，实现了基于模拟调制、PWM（脉冲宽度调制）调制两种调制的音频信号的水下传输，在发送端发送内容相同的情况下，

6、通过对接收端接收波形分析以及对发送端光发射功率的测试，得出PWM调制比模拟调制具有更高的抗干扰能力以及更高的光功率利用率，并实现了基于模拟调制的模拟视频信号在水下的实时无线光传输。关键词：水下光通信；OOK调制；PPM调制；PWM调制；模拟调制。-I-AbstractAbstractWiththeprogressofscienceandtechnologyinmarineresourcesexplorationanddevelopment,ourcountryhasmadesomeachievementsinseabedresourcesdetection,un

7、derwatersensornetworks,UnderwaterUnmannedAerialVehicle(UAV)andnuclearsubmarine.Theseachievementsareinseparablefromtheinformationofunderwaterwirelesstransmission.Atpresent,underwaterwirelesscommunicationcanbedividedintothreetypes,whicharelongwavecommunication,underwateracousticcommuni

8、cationandopt