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短距离紫外光无线通信系统设计及其调制解调的FPGA实现

作　者: 朱洁
导　师: 张民
学　校: 北京邮电大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 日盲紫外光 FGPA OOK PPM 信道模型
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

紫外光通信是一种新型的自由空间光通信方式,它具有一些特殊的优点,如保密性好、抗干扰能力强、非视距通信等。因此,紫外光通信非常适合应用在一些对保密性要求高,地形复杂的场合。太阳紫外辐射在通过大气层时,不仅由于氧气作用滤去了其中的真空紫外成分,而且由于在对流层上部的臭氧层对200-300nm紫外线有强烈的吸收作用,太阳的这一波段紫外辐射在近地大气中几乎不存在,形成所谓日盲区。该区域的紫外光用于通信,具有背景干净,抗干扰性强的特点。同时由于紫外光独特的强散射性,决定了其能实现特定区域范围内非视距通信,这是日盲紫外光通信相对于其他通信方式的又一优点。论文首先阐述了紫外光通信的原理、传输特性,说明了影响紫外光通信的主要因素。其次,根据紫外光的特性,提出了短距离紫外光无线通信系统的设计,并详细讨论了搭建紫外光通信系统关键器件的选型和调制方案的选择。紫外LED小巧便于携带、功耗低等优越性能成为本系统的发射光源。光电倍增管则以较高的性高比成为核心的接收装置。综合考虑系统复杂度和性能要求,系统最终选用了OOK和PPM这两种基本的调制方式,后续会将DPPM、DPIM作为补充的调制方式。第三,在QuartusII中仿真实现了基于OOK和PPM调制方式的发送／接收模块,并基于Altera FPGA平台完成了系统的实际测量和数据分析。本论文的目的是结合现阶段的技术条件,对于紫外光通信进行了初步探索。经过多次实验表明,本系统已经实现了365nm紫外LED的小功率(1mW)、短距离(10m内)、低速率(10Kb/s以下)文字信息的紫外光通信,为进一步实现实时语音通信打下了坚实的基础。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 研究背景  9
  1.2 国内外研究状况和发展态势  9-11
  1.3 紫外光通信系统的国防应用  11-16
    1.3.1 构建紫外通信系统  11-12
    1.3.2 水下静默通信系统  12-14
    1.3.3 其他应用场景  14
    1.3.4 本论文所研究的应用场景  14-16
  1.4 本文的主要工作目的和内容  16-18
第二章紫外光无线通信系统原理  18-22
  2.1 紫外光通信的机理与应用  18-19
  2.2 紫外光的光谱特性  19
  2.3 影响紫外光通信的主要因素  19-20
  2.4 非视距紫外光通信的大气传输特性  20-22
第三章短距离紫外光无线通信系统设计  22-41
  3.1 系统架构  22-23
  3.2 关键器件选型及分析  23-27
    3.2.1 紫外光源  23-25
    3.2.2 紫外接收器  25-26
    3.2.3 紫外滤光片  26-27
  3.3 调制解调方案  27-30
    3.3.1 通用短距离光无线通信调制技术  28-29
    3.3.2 调制方案的确定  29-30
  3.4 信道模型及仿真分析  30-40
    3.4.1 WIT实验室提出的信道模型  30-32
    3.4.2 仿真分析  32-40
  3.5 小结  40-41
第四章调制与解调模块的设计与FPGA实现  41-47
  4.1 硬件平台的整体设计方案  41-44
  4.2 基于OOK/PPM调制的FGPA设计和仿真  44-46
  4.3 小结  46-47
第五章系统实验结果与展望  47-55
  5.1 系统测试与结果  47-54
    5.1.1 紫外光源的大气损耗特性测试与分析  48-49
    5.1.2 接收端灵敏度对系统性能的影响  49-50
    5.1.3 关键参数对紫外光通信系统性能的影响  50
    5.1.4 调制方式对紫外光通信系统性能的影响  50-52
    5.1.5 收发端仰角对紫外光通信系统性能的影响  52-54
  5.2 工作总结与展望  54-55
参考文献  55-58
致谢  58-59
攻读学位期间发表的学术论文  59

短距离紫外光无线通信系统设计及其调制解调的FPGA实现

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