紫外通信信道特性研究以及语音通信平台搭建

发布时间：2019-09-03 08:19

【摘要】：紫外光通信是一种新型自由空间光通信方式，它依靠大气粒子与紫外光子之间的散射过程传递信息,具有非视距、抗干扰、低窃听、电磁静默等优点，能够满足复杂地形环境下全天候、全方位保密通信的要求，在军事和民用场合都有巨大应用前景。本文从研究信道特性以及实验平台搭建两个方面展开相关技术的研究。（1）紫外通信信道特性建模：利用瑞利散射理论和米氏散射理论对单次散射模型进行介绍，在此基础上研究了标准大气参数下，收发结构以及收发距离对于信道衰减和脉冲展宽效应的影响；并将模型推广至非共面结构下，研究了收发端光轴偏角对于信道特性的影响，使模型更加符合真实场景。从统计的角度出发对通信信道的蒙特卡罗分析模型进行了设计以及实现，提出一套在三维坐标系下进行光子运动状态描述的方法，完成了数千万光子的运动采样、跟踪、路线记录以及特性总结，并结合单次散射模型将蒙特卡罗模型分析的收敛速度大大提高。另外，利用蒙特卡罗模型克服了单次散射模型对于通信距离的局限，拓宽了模型的适用范围，给出了远距离下模型对于信道特性的估计情况。综合两个模型的计算结果，对于近距离下的信道衰减特性以及脉冲展宽效应进行了仿真分析，作为实验平台搭建时的重要依据。（2）紫外通信平台搭建在信道特征仿真分析的基础上，完成了紫外通信平台的总体方案设计，并给出了紫外光通信电路子系统的硬件电路设计，包括语音信号处理、调制解调方案的选择与实现、光源驱动设计、探测器信号处理等；并在此基础上完成了紫外语音通信平台的搭建。通过通信实验平台验证了LOS和NLOS传输方式的可行性和性能，并在一定程度上对模型的仿真结果进行了验证。实验结果表明基于紫外光作为载波的语音通信方案切实可行，新型的LED光源可以支持数米的语音传输，在大发散角以及小俯仰角下具有相对良好的信号强度和误码性能。
【图文】：

紫外通信

紫外通信信道特性研究以及语音通信平台搭建2有的运动方向，信号甚至可以绕过障碍物被接收端接收，如图1-1所示。这种通信方式由于作用距离短，具有区域保密性，而且不需频段申请，，适用于复杂电磁环境，而受到多方关注。图1：紫外通信收发结构1.1.2 紫外通信的优势紫外通信是建立在散射基础上的，相比于其他通信方式有其独特的优势。具体说来有以下几点：1）非视距传输、全方位通信传统的自由空间光通信都是基于光的直线传输，收发端之间需要存在直线或者反射通路，远距离的自由空间光通信甚至需要精密的对准和跟踪系统来保证通信链路的稳定[3]。紫外通信则可以建立在散射过程的基础上，并不依赖于收发端的直线传播路径，收发端无需对准和跟踪装置，甚至可以利用垂直收发的模型工作

透过率曲线,紫外,紫外波段,波段

2 紫外光通信原理大气背景情况，如图 2-2 所示；同一大气条件下的紫外波段透过率曲线如图 2-3示。图中横坐标为波数值，图上方 X 轴对应波长值。可以看出大气对于紫外的收是比较强烈的，尤其是在 280nm 以下的波段有一个吸收峰，背景几乎为零。主要是由于臭氧层对该波段的强烈吸收造成的，这一段背景空白的紫外波段，称为“日盲紫外波段”，表 2.2 则是另一文献中提及的特殊波长对应的名义上紫外线背景强度情况[23]：
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（上海技术物理研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.1

【参考文献】