水下可见光通信单光子检测关键技术研究
发布时间：2021-08-30 19:05
随着陆地资源的不断消耗,人们越来越关注占地球三分之二表面积的海洋资源,各个国家也提出了相应的海洋发展战略,与之相对应的水下无线通信成为一个重要的研究方向。由于水声通信传输速率较低,传统射频通信在水中衰减较大造成通信距离较短,可见光通信VLC成为水下通信的有效辅助技术而引起越来越多的关注。可见光通信通常采用发光二极管LED作为发送光源,光电二极管PD或者雪崩二极管APD为接收机,但是由于PD/APD器件较高的检测门限,基于PD/APD器件的水下可见光通信UVLC传输距离受限。为了实现水下长距离通信,目前学者们提出采用高灵敏度的单光子雪崩二极管SPAD作为接收机。然而,由于水下可见光通信UVLC-SPAD系统的信号和信道非负性、水下信道概率分布的复杂性以及SPAD的输出为近似泊松Poisson分布,传统室内中基于PD器件的传输和检测方法不能直接应用于UVLC-SPAD系统。因此,本文紧紧围绕UVLC-SPAD系统长距离信息传输这一主题,针对如何实现长距离UVLC、发送端信号设计、接收机联合检测、死时间效应和光子计数脉冲波形约束下的SPAD器件联合检测及实验系统等关键技术问题,从以下几个方面...
【文章来源】：战略支援部队信息工程大学河南省
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
水下无线通信需求水声通信是最广泛采用的技术，其最早的应用历史可以追溯到19世纪初
图 2 古代中国烽火台的光无线中继通信系统为一种无线通信方式[10]-[65]，数千年来，光以不同的形式承载着信息传输的使命。例如，公元前 1000 年，古代中国利用烽火台传输军事信息，多个烽火台还可实现中继通信，更有周幽王―烽火戏诸侯‖的历史典故（图 2）；公元前 800 年前，古埃及和罗马军队利用抛光的盾牌反射太阳光传输信息；1880 年左右，Alexander Graham Bell 研发了一种基于光媒介的无线电话系统，该系统被认为是第一代光电通信系统。1955 到 1962 年左右，发光二极管（light emitting diode，LED）和激光二极管（laser diode，LD）的出现为光无线通信(opticawireless communication，OWC)提供了更便利的条件，引领了 OWC 研究的高潮。一般而言，当发送端采用 LED 光源时，称 OWC 为可见光通信（visible light communications，VLC），其工作光谱在 390~750nm 范围[66]-[79]。和声波以及射频相比，UOWC 拥有更高的传输速率、更低的传输链路时延亦即更低的收发系统能耗，典型的 UOWC 系统的传输速率和通信距离可以到数 Gbps/数十米量级。显然，这种高速信息传输的优势可以确保在水下实现许多实时通信应用（例如水下视频传输）；相对于水声通信，光在水中的速度约为82.25 10m/s，因此系统的链路传输时延可以忽略。另外，UOWC 系统为定向传输而非水声和 RF 通信的全向通信方式，因此光通信受益于较少的干扰，更高的信息传输安全性。LED 和 LD 器件
战略支援部队信息工程大学博士学位论文为了有效地拓展通信距离，本章采用了两种关键技术：1）通过一个光学透镜减小 LED的半功率角，从而增强发送端光强度；2）接收端采用 SPAD 接收机以提升检测灵敏度。然而，最复杂的问题是目前没有严格的水下长距离信道模型。LED 点光源Underwater channel model聚光镜SPAD 检测器调节极化角和功率滤光片图 5 基于 SPAD 接收机的水下长距离可见光通信系统结构图2.2.1 LED 光学系统设计与分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]SIMO detection schemes for underwater optical wireless communication under turbulence[J]. Weihao Liu,Zhengyuan Xu,Liuqing Yang. Photonics Research. 2015(03)
本文编号：3373335
【文章来源】：战略支援部队信息工程大学河南省
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
水下无线通信需求水声通信是最广泛采用的技术，其最早的应用历史可以追溯到19世纪初
图 2 古代中国烽火台的光无线中继通信系统为一种无线通信方式[10]-[65]，数千年来，光以不同的形式承载着信息传输的使命。例如，公元前 1000 年，古代中国利用烽火台传输军事信息，多个烽火台还可实现中继通信，更有周幽王―烽火戏诸侯‖的历史典故（图 2）；公元前 800 年前，古埃及和罗马军队利用抛光的盾牌反射太阳光传输信息；1880 年左右，Alexander Graham Bell 研发了一种基于光媒介的无线电话系统，该系统被认为是第一代光电通信系统。1955 到 1962 年左右，发光二极管（light emitting diode，LED）和激光二极管（laser diode，LD）的出现为光无线通信(opticawireless communication，OWC)提供了更便利的条件，引领了 OWC 研究的高潮。一般而言，当发送端采用 LED 光源时，称 OWC 为可见光通信（visible light communications，VLC），其工作光谱在 390~750nm 范围[66]-[79]。和声波以及射频相比，UOWC 拥有更高的传输速率、更低的传输链路时延亦即更低的收发系统能耗，典型的 UOWC 系统的传输速率和通信距离可以到数 Gbps/数十米量级。显然，这种高速信息传输的优势可以确保在水下实现许多实时通信应用（例如水下视频传输）；相对于水声通信，光在水中的速度约为82.25 10m/s，因此系统的链路传输时延可以忽略。另外，UOWC 系统为定向传输而非水声和 RF 通信的全向通信方式，因此光通信受益于较少的干扰，更高的信息传输安全性。LED 和 LD 器件
战略支援部队信息工程大学博士学位论文为了有效地拓展通信距离，本章采用了两种关键技术：1）通过一个光学透镜减小 LED的半功率角，从而增强发送端光强度；2）接收端采用 SPAD 接收机以提升检测灵敏度。然而，最复杂的问题是目前没有严格的水下长距离信道模型。LED 点光源Underwater channel model聚光镜SPAD 检测器调节极化角和功率滤光片图 5 基于 SPAD 接收机的水下长距离可见光通信系统结构图2.2.1 LED 光学系统设计与分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]SIMO detection schemes for underwater optical wireless communication under turbulence[J]. Weihao Liu,Zhengyuan Xu,Liuqing Yang. Photonics Research. 2015(03)
本文编号：3373335
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