基于多晶硅太阳能电池和阵列式单晶硅太阳能电池探测器的无线光通信

发布时间：2020-05-05 19:14

【摘要】：无线光通信(OWC)是一种主要应用于空中和水下的通信技术,目前前景广阔且发展迅速。在过去的二十年间,通过射频(RF)通信的用户数量迅速增加带来通信数据流激增,这导致现有带宽越来越不能满足日益增长的流量需求。由OWC衍生的可见光通信(VLC)和水下无线光通信(UWOC)以及无线通信(UWOC),都可以克服射频通信的局限性,承载庞大的用户通信数据流。利用这些技术,我们可以将现有的照明基础设施重新加以利用来实现通信,因此相比传统方式可以花费更低的成本、更少的时间和精力。VLC和UWOC使用发光二极管(LED)和激光二极管(LD)传输数据,利用光电二极管(PIN)或雪崩光电二极管(APD)作为光电探测器。但是在实际应用过程中存在以下困难。1它们需要链路对准凸透镜来聚光。2在这些光电探测器工作的接收侧,必须具有偏置电路和放大器来满足外部大功率要求。这一部分内容非常具有挑战性。在本论文中,我们使用现有低成本太阳能电池作为可见光通信(VLC)和水下无线光通信(UWOC)的光电探测器,提出了一种新颖经济的自供电太阳能电池技术。在一个80厘米的水下信道中,我们利用单多晶太阳能电池,基于UWOC设计的电路成功实现了峰值电压440mV音频信号的发送和接收。然后,我们利用单多晶太阳能电池作为光学检测器,用16-QAM OFDM进行了可见光通信的实验研究。成功实现了 2米信道空气信道中的通信,数据速率为15.03 Mbit/s,误码率为1.6883 x 10-3。最后,使用单晶太阳能电池阵列作为光学探测器,我们分别在7米水下通道上使用16-QAM和32-QAM OFDM实现了 40.0 Mbit/s和44.0 Mbit/s的数据速率。作为光学探测器的低成本单晶太阳能电池用于设计实验中的阵列,其具有20mm×20mm的大接收面积和20°的接收角。在7米水箱中生成水波以模拟真实的海洋场景,以测量作为光学探测器的阵列太阳能电池的性能。使用16-QAM OFDM的数据速率为36.0 Mbit/s,最大比率组合(MRC)和等增益组合(EGC)的测量误码率分别为6.40 x 10-4和6.91 x 10-4。在我们的实验演示中,利用三种不同尺寸和两种类型的太阳能电池材料,例如聚-25mm×30mm,单-20mm×20mm和单-10mm× 10mm,来研究空气和水下通道上的通信链路。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.41

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本文编号：2650625