无线激光音频通信系统的设计与实现

摘要

音频的处理技术发展已相当成熟，而在智能硬件和 IC产业的蓬勃发展基础上，音频设备的高标准和高品质成为最基本的要求。无线激光通信融合了射频通信与光通信的优点，解决了射频通信中频谱资源有限性问题，同时具有高带宽、抗干扰，安全性高等优点。无线激光通信和音频传输的结合应用前景广泛，特别是在一些射频通信易受影响的环境下，无线激光音频传输技术优势非常明显。
　　本论文在参阅国内外无线激光通信领域的大量文献，并深入学习已有系统的原理和结构的基础上，结合现有软硬件资源和测试环境的特点，制定出一个无线激光音频通信系统的总体设计方案，分别完成系统中发送端子系统和接收端子系统的设计与实现。具体实现包括：
　　1.利用 FPGA实现音频芯片 WM8731的接口电路。WM8731具备音频控制接口和数字音频接口，在FPGA中设计的接口电路采用 I2C总线控制 WM8731的音频控制接口，同时采用 DSP数字音频格式与 WM8731芯片之间进行数据传输。
　　2.激光器的驱动电路和光电检测电路板的设计。激光器的收发两端采用强度调制/直接检测的方式，选用 MAX3263芯片构成激光器驱动电路驱动650nm激光器发光，电路具备自动温度和功率控制；选用 PIN型光电检测器和 AD8015及AD807芯片构成光电检测电路，具备光电转换和信号放大还原功能。
　　3.利用 FPGA实现 OOK调制编码和同步解调电路。系统中采用开关键控(On-Off-Key)信号调制方式，同时利用集中插入巴克码和三态判断完成帧同步，以及利用一种新型数字锁相环法完成位同步。
　　最后对搭建的无线激光音频通信系统进行整体测试，利用 Signaltap II进行数字电路的在线逻辑验证及利用示波器进行激光收发电路的信号波形分析，同时在稳定的天气条件下进行持续的音频传输测试，测试结果表明系统可以进行10Mbps的稳定无损的近距离音频数据传输，所提出的通信系统方案合理可行。

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附表索引

第1章 绪 论

1.1课题的研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3课题的主要研究内容与组织结构

第2章 无线激光音频通信系统的总体设计

2.1无线激光通信系统原理概述

2.2无线激光音频通信系统的总体设计

2.3本章小结

第3章 无线激光音频通信发送端子系统

3.1 音频接口电路的FPGA实现

3.2 OOK调制编码电路的FPGA实现

3.3激光器的驱动电路的设计

3.4本章小结

第4章 无线激光音频通信接收端子系统

4.1 光电检测电路的设计

4.2 OOK同步解调电路的FPGA实现

4.3 本章小结

第5章 系统整体测试结果

5.1系统整体视图及测试环境

5.2发射端和接收端在线逻辑验证结果

5.3 激光收发电路的信号波形分析

5.4 系统整体测试结果

总结和展望

参考文献

致谢

附录A攻读硕士学位期间参与的科研项目