高速日盲紫外光视频通信系统的实现与改进
发布时间：2021-01-02 01:15
日盲紫外光通信是利用波长为200-280nm的紫外光作为通信载体的自由空间光通信,由于其保密性好、抗干扰能力强、能全天候全方位工作等优点,受到了国内外研究人员的广泛关注。本论文在详细分析日盲紫外光通信信道模型的基础上,仿真了不同天气状态对日盲紫外光传输的影响,以模型仿真指导系统搭建。充分分析系统关键器件的性能后,选用LED灯作为光源,PIN光电二极管作为探测器,采用OOK的调制解调方式,设计并搭建了一套基于FPGA实现的日盲紫外光视频通信系统。该系统在通信距离为4m的情况下,通信速率可达到1.92Mbit/s。针对日盲紫外光通信系统速率低的缺陷,创新地采用量子剪裁荧光玻璃来实现光子数倍增和波长转换,从能量转换效率和量子转换效率两个角度分别提出提高接收端灵敏度的方案。从能量转换效率角度,设计了基于波长转换硅光电二极管的探测装置,荧光玻璃吸收波长为265nm的日盲紫外光并受激辐射出波长为380-780nm的可见光,光电二极管对可见光的灵敏度是日盲紫外光的10倍左右。从量子转换效率角度,设计了基于量子剪裁光电倍增管光子放大的探测装置,由于量子剪裁荧光玻璃每吸收一个日盲紫外光子,可受激辐射出2...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
紫外光谱图
该系统能实现 5-10Km 的视距通信，或者 1-2km 的非视距通信。02 年，美国国防部为减小发射端的体积和功耗，转向研究紫外半导体光源，并光功率谱峰值波长为 276nm 的紫外 LED，该 LED 的发光功率可达到 1.3mw[16年来，麻省理工大学和加利福利亚大学对紫外光通信系统研究较多。麻省理工大信系统光源、探测器等元器件性能的研究和提升，测试在新器件更新后系统样000 年，利用激光器作为发射端光源搭建了一个相对简单的平台，给出了接收到及信道损耗情况，对比了无线电通信和紫外光通信各自的优劣[17]。2001 年，在础上将通信速率由 1Kbit/s 提高到 10Kbit/s，并研究了信道损耗和误码率之间的2003 年，采用波长为 340nm 的 LED 作为发射端光源，实现了距离为 400m 的2004 年，采用日盲紫外 LED 阵列作为发射光源，在光源峰值功率只有 85μW现了距离为 6m、速率为 600bps 的通信[20]，并测试了室外非视距模式下的通信性如图 1.2 所示。2006 年，采用较昂贵的带微通道板的光电倍增管(CPM)作为探晴天室外 100m 内、速率为 2.4Kb 的通信[22]。
利用MODTRAN 软件可以得到太阳辐射在大气层上界以及透过大气层后的光谱能量分布图，如图2.1 所示：图 2.1 太阳辐射在大气层上界和透过大气层的光谱能量分布图图中红色代表太阳直接辐射出的光谱能量分布，黑色代表透过大气层后的太阳辐射能量分布。可以清楚的看出，大气对太阳辐射紫外波段的吸收是非常强烈的，尤其在 0.2-0.28μm的波段有个吸收峰，也使得该波段的背景噪声几乎为零。这主要是由臭氧层对此波段的强吸收造成的。这就为日盲紫外光通信提供了良好的信道条件，信道噪声小，可使得信噪比随之提高。紫外信号光在自由空间信道中传播时，由于大气粒子吸收作用，导致信号光衰减严重。从大气的组成成分来看，媒介中不同的成分对紫外光的吸收是不同的，媒介对于紫外信号光的吸收效应可以用吸收系数来表示[55]。0 a i dI =k I dL(2.5)式中iI 为初始光强，0I 为光穿过厚度为 L 媒介后的光强，ak 为该媒介的吸收系数。也就是0ak LiI I e = (2.6)参照中纬度乡村地区冬季且能见度为 23km 的无云雨的大气状态，利用 Modtran 软件对大气中几种主要成分对紫外光的透过率影响进行仿真，仿真结果如图 2.2 所示。13
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于APD的紫外光语音通信系统设计[J]. 王荣阳,袁永刚,李向阳. 光通信技术. 2011(10)
[2]基于Mie氏散射理论的石墨微球颗粒光散射特性研究[J]. 张士英. 红外. 2008(11)
[3]非均匀湍流路径光传播数值模拟中相位屏间Cn2的选取[J]. 钱仙妹,朱文越,饶瑞中. 光学学报. 2008(10)
[4]基于FPGA平台的紫外通信系统的解调技术的研究[J]. 向平,肖沙里,高红杰,李晓毅. 光电子技术. 2008(02)
[5]1.06μm激光仿真测试中Mie散射影响分析[J]. 李华,秦石乔,胡欣,王省书,魏文俭,张宝东. 国防科技大学学报. 2008(03)
[6]霾与雾的识别和资料分析处理[J]. 吴兑. 环境化学. 2008(03)
[7]部分相干光在湍流大气中传输的研究进展[J]. 钱仙妹,朱文越,饶瑞中. 大气与环境光学学报. 2008(02)
[8]日盲紫外光通信系统中调制系统的研制[J]. 雷小明,肖沙里,蓝玉侦,徐东镪,张世欣. 光电子技术. 2007(03)
[9]基于Mie散射理论的紫外光散射相函数研究[J]. 朱孟真,张海良,贾红辉,杨建坤,常胜利. 光散射学报. 2007(03)
[10]紫外光语音调制信号的接收和解调[J]. 青山良,李晓毅,肖沙里,汪科. 仪器仪表学报. 2006(S3)
博士论文
[1]紫外通信信道特性研究以及语音通信平台搭建[D]. 罗易雪.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[2]紫外光通信大气传输特性和调制技术研究[D]. 赵明宇.北京邮电大学 2013
[3]海洋悬浮粒子的米氏散射特性及布里渊散射特性研究[D]. 林宏.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]紫外光通信技术研究与系统实现[D]. 汪新勇.北京邮电大学 2014
[2]紫外光通信系统设计及实现[D]. 乔志敏.哈尔滨工程大学 2013
[3]紫外光通信调制与信道编码技术的FPGA实现[D]. 于晓娜.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2010
[4]自由空间光通信调制与编码的研究[D]. 徐智敏.重庆大学 2007
本文编号：2952358
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
紫外光谱图
该系统能实现 5-10Km 的视距通信，或者 1-2km 的非视距通信。02 年，美国国防部为减小发射端的体积和功耗，转向研究紫外半导体光源，并光功率谱峰值波长为 276nm 的紫外 LED，该 LED 的发光功率可达到 1.3mw[16年来，麻省理工大学和加利福利亚大学对紫外光通信系统研究较多。麻省理工大信系统光源、探测器等元器件性能的研究和提升，测试在新器件更新后系统样000 年，利用激光器作为发射端光源搭建了一个相对简单的平台，给出了接收到及信道损耗情况，对比了无线电通信和紫外光通信各自的优劣[17]。2001 年，在础上将通信速率由 1Kbit/s 提高到 10Kbit/s，并研究了信道损耗和误码率之间的2003 年，采用波长为 340nm 的 LED 作为发射端光源，实现了距离为 400m 的2004 年，采用日盲紫外 LED 阵列作为发射光源，在光源峰值功率只有 85μW现了距离为 6m、速率为 600bps 的通信[20]，并测试了室外非视距模式下的通信性如图 1.2 所示。2006 年，采用较昂贵的带微通道板的光电倍增管(CPM)作为探晴天室外 100m 内、速率为 2.4Kb 的通信[22]。
利用MODTRAN 软件可以得到太阳辐射在大气层上界以及透过大气层后的光谱能量分布图，如图2.1 所示：图 2.1 太阳辐射在大气层上界和透过大气层的光谱能量分布图图中红色代表太阳直接辐射出的光谱能量分布，黑色代表透过大气层后的太阳辐射能量分布。可以清楚的看出，大气对太阳辐射紫外波段的吸收是非常强烈的，尤其在 0.2-0.28μm的波段有个吸收峰，也使得该波段的背景噪声几乎为零。这主要是由臭氧层对此波段的强吸收造成的。这就为日盲紫外光通信提供了良好的信道条件，信道噪声小，可使得信噪比随之提高。紫外信号光在自由空间信道中传播时，由于大气粒子吸收作用，导致信号光衰减严重。从大气的组成成分来看，媒介中不同的成分对紫外光的吸收是不同的，媒介对于紫外信号光的吸收效应可以用吸收系数来表示[55]。0 a i dI =k I dL(2.5)式中iI 为初始光强，0I 为光穿过厚度为 L 媒介后的光强，ak 为该媒介的吸收系数。也就是0ak LiI I e = (2.6)参照中纬度乡村地区冬季且能见度为 23km 的无云雨的大气状态，利用 Modtran 软件对大气中几种主要成分对紫外光的透过率影响进行仿真，仿真结果如图 2.2 所示。13
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于APD的紫外光语音通信系统设计[J]. 王荣阳,袁永刚,李向阳. 光通信技术. 2011(10)
[2]基于Mie氏散射理论的石墨微球颗粒光散射特性研究[J]. 张士英. 红外. 2008(11)
[3]非均匀湍流路径光传播数值模拟中相位屏间Cn2的选取[J]. 钱仙妹,朱文越,饶瑞中. 光学学报. 2008(10)
[4]基于FPGA平台的紫外通信系统的解调技术的研究[J]. 向平,肖沙里,高红杰,李晓毅. 光电子技术. 2008(02)
[5]1.06μm激光仿真测试中Mie散射影响分析[J]. 李华,秦石乔,胡欣,王省书,魏文俭,张宝东. 国防科技大学学报. 2008(03)
[6]霾与雾的识别和资料分析处理[J]. 吴兑. 环境化学. 2008(03)
[7]部分相干光在湍流大气中传输的研究进展[J]. 钱仙妹,朱文越,饶瑞中. 大气与环境光学学报. 2008(02)
[8]日盲紫外光通信系统中调制系统的研制[J]. 雷小明,肖沙里,蓝玉侦,徐东镪,张世欣. 光电子技术. 2007(03)
[9]基于Mie散射理论的紫外光散射相函数研究[J]. 朱孟真,张海良,贾红辉,杨建坤,常胜利. 光散射学报. 2007(03)
[10]紫外光语音调制信号的接收和解调[J]. 青山良,李晓毅,肖沙里,汪科. 仪器仪表学报. 2006(S3)
博士论文
[1]紫外通信信道特性研究以及语音通信平台搭建[D]. 罗易雪.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[2]紫外光通信大气传输特性和调制技术研究[D]. 赵明宇.北京邮电大学 2013
[3]海洋悬浮粒子的米氏散射特性及布里渊散射特性研究[D]. 林宏.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]紫外光通信技术研究与系统实现[D]. 汪新勇.北京邮电大学 2014
[2]紫外光通信系统设计及实现[D]. 乔志敏.哈尔滨工程大学 2013
[3]紫外光通信调制与信道编码技术的FPGA实现[D]. 于晓娜.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2010
[4]自由空间光通信调制与编码的研究[D]. 徐智敏.重庆大学 2007
本文编号：2952358
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