半双工紫外通信系统调制解调技术研究

摘要

紫外光通信是利用紫外光作为载波，在空间内将语音、数据和图像等信息进行双向传承的一种新型的通信技术。弥补了军事通信中近距离通信的一段空白。调制解调技术直接影响到数据的传输速率和误码率等性能，因此寻求一种适合紫外通信的调制方式显得尤为重要。
　　 本实验室在国家自然科学基金和研究生创新基金资助下，进行了大量的研究和实验，以期在军事通信中能够得到实际应用。
　　 本论文完成的主要工作包括以下几个方面：
　　 ①分析了紫外光通信系统传输原理；研究了紫外光在大气中的传输和散射特性；以瑞利散射和米氏散射理论为基础，分析大气对紫外光通信的影响；阐述了直视通信、单次散射通信和多次散射通信三种模型，其中对基于椭球坐标系的单散射模型进行了详细分析。
　　 ②比较不同的光源和探测器件，从中选择合适的作为本实验的通信器材。以紫外大功率IED阵列作为系统光源，PMT为光电探测器件，初步确定了实验框架。
　　 ③对比分析了OOK、FSK、LPPM、DPPM和MPPM等五种调制解调方式的各项性能，最终选择用LPPM作为通信系统调制解调方式。
　　 ④用FPGA设计并完成了LPPM调制解调；采用了增加帧头的方式实现帧同步，严格地限制了各个脉冲的相对位置；结合CRC校验编码技术，提高了对数据的校检纠错能力，降低了数据传输误码率，增强了系统的稳定性，实现了半双工通信。
　　 通过多次室内环境的数据通信实验验证，实验结果表明，本系统使数据通信波特速率从本实验室以前的2.4K提高到现在的115.2K，实现了传输距离增长、误码率和功耗更低的预期目标。并与OOK模式下的实验结果相比较，分析验证LPPM应用于紫外光通信系统的优越性。