基于紫外激光器的无线光通信系统

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1、基于紫外激光器的无线光通信系统重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：易星指导教师：肖沙里教授专业：光学工程学科门类：工学重庆大学光电工程学院二O一四年四月WirelessCommunicationSystemBasedonUVLaserAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByYiXingSupervisedbyProf.XiaoShaliSpecialty:OpticalEngineerin

2、gCollegeofOpto-electronicEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2014重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要紫外光通信系统是工作在200nm~280nm的日盲紫外波段的通信系统，因其保密性好、抗干扰能力强而受到广泛的关注和重视，具有军事应用的潜力。大气中的臭氧和其它粒子会对太阳光中紫外线产生强烈的吸收和反射作用，因此近地面的紫外光少，背景噪声低。本文通过分析大气成分对紫外光的吸收和散射作用介绍了影响紫外光通信的主要因素。同时研究了紫外光直视通信链路的特点。利用椭球坐标系模型和蒙特卡

3、罗算法模型的建立介绍了信道传输的非直视通信及其特点，确立了紫外光能在一定范围内进行非视距通信的理论基础。决定通信系统性能的关键是器件的选择，通过研究紫外光通信系统整体框架确定了紫外激光器作为紫外光源，光电倍增管作为光电探测器，并制定了光电探测器的读出电路和信号处理电路。在对激光器输出脉冲特点进行分析，以及研究了传统FSK调制方式后，对其进行了原理上的改进，通过对占空比进行变换来传输信号，同时接收端对激光器发出的脉冲数进行统计来实现解调功能。为了提高系统传输的准确性，需要对传输信道进行编码，综合系统特性，选择循环冗余校验编码方式。选择FPGA作为硬件平台，相比传统单片机

4、技术，性能更佳。选用QuartusⅡ软件和VerilogHDL语言进行电路和程序设计。在对系统的各个模块进行仿真验证无误后开始了通信实验，在不同地点和不同时间进行了多次测试，对误码率进行了统计和分析，成功实现了白天150m和-5夜晚220m范围内，通信速率为0.6Kbit/s，误码率低于10的紫外光系统，达到了预期设计要求。文章最后对系统设计的不足进行了总结，并指出了下一步的工作展望。关键词：无线光通信，紫外激光器，二进制频移键控调制，循环冗余校验码I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTTheworkingwavelengthrangeofUVcommunic

5、ationsystemis200nm~280nm,UVcommunicationgetswidespreadconcernandattentionbecauseofitsconfidentiality,anti-interferenceabilityand,ithasthepotentialmilitaryapplications.Ozoneintheatmosphereandotherparticleswillmakestrongabsorptionandreflectioneffectonultraviolet,sothereislittleultraviolet

6、nearthegroundwhichcan’tproducebackgroundnoise.ByanalyzingtheatmosphereabsorptionandscatteringeffectofultravioletdescribesmainfactorsthataffectUVcommunicationsystem.ThispaperdiscussesthecharacteristicsoftheLOScommunicationlink.AlsodiscussesNLOScommunicationbybuildingellipsoidalcoordinate

7、sandMonteCarloalgorithmmodelandestablishesthetheoreticalbasisoftheNLOScommunicationwithinacertainrange.ThekeyofUVcommunicationsystemishowtoselectthedevice.Byanalyzingtheoverallframeworkofcommunicationsystem,UVlaserischosenasthelightsourceandphotomultipliertubeasphotodetector,an