日盲紫外光通信是利用波長為200-280nm的紫外光作為通信載體的自由空間光通信,由于其保密性好、抗干擾能力強、能全天候全方位工作等優(yōu)點,受到了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。本論文在詳細分析日盲紫外光通信信道模型的基礎(chǔ)上,仿真了不同天氣狀態(tài)對日盲紫外光傳輸?shù)挠绊?以模型仿真指導系統(tǒng)搭建。充分分析系統(tǒng)關(guān)鍵器件的性能后,選用LED燈作為光源,PIN光電二極管作為探測器,采用OOK的調(diào)制解調(diào)方式,設(shè)計并搭建了一套基于FPGA實現(xiàn)的日盲紫外光視頻通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)在通信距離為4m的情況下,通信速率可達到1.92Mbit/s。針對日盲紫外光通信系統(tǒng)速率低的缺陷,創(chuàng)新地采用量子剪裁熒光玻璃來實現(xiàn)光子數(shù)倍增和波長轉(zhuǎn)換,從能量轉(zhuǎn)換效率和量子轉(zhuǎn)換效率兩個角度分別提出提高接收端靈敏度的方案。從能量轉(zhuǎn)換效率角度,設(shè)計了基于波長轉(zhuǎn)換硅光電二極管的探測裝置,熒光玻璃吸收波長為265nm的日盲紫外光并受激輻射出波長為380-780nm的可見光,光電二極管對可見光的靈敏度是日盲紫外光的10倍左右。從量子轉(zhuǎn)換效率角度,設(shè)計了基于量子剪裁光電倍增管光子放大的探測裝置,由于量子剪裁熒光玻璃每吸收一個日盲紫外光子,可受激輻射出2... 

【文章來源】：南京郵電大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

紫外光譜圖

該系統(tǒng)能實現(xiàn) 5-10Km 的視距通信，或者 1-2km 的非視距通信。02 年，美國國防部為減小發(fā)射端的體積和功耗，轉(zhuǎn)向研究紫外半導體光源，并光功率譜峰值波長為 276nm 的紫外 LED，該 LED 的發(fā)光功率可達到 1.3mw[16年來，麻省理工大學和加利福利亞大學對紫外光通信系統(tǒng)研究較多。麻省理工大信系統(tǒng)光源、探測器等元器件性能的研究和提升，測試在新器件更新后系統(tǒng)樣000 年，利用激光器作為發(fā)射端光源搭建了一個相對簡單的平臺，給出了接收到及信道損耗情況，對比了無線電通信和紫外光通信各自的優(yōu)劣[17]。2001 年，在礎(chǔ)上將通信速率由 1Kbit/s 提高到 10Kbit/s，并研究了信道損耗和誤碼率之間的2003 年，采用波長為 340nm 的 LED 作為發(fā)射端光源，實現(xiàn)了距離為 400m 的2004 年，采用日盲紫外 LED 陣列作為發(fā)射光源，在光源峰值功率只有 85μW現(xiàn)了距離為 6m、速率為 600bps 的通信[20]，并測試了室外非視距模式下的通信性如圖 1.2 所示。2006 年，采用較昂貴的帶微通道板的光電倍增管(CPM)作為探晴天室外 100m 內(nèi)、速率為 2.4Kb 的通信[22]。

利用MODTRAN 軟件可以得到太陽輻射在大氣層上界以及透過大氣層后的光譜能量分布圖，如圖2.1 所示：圖 2.1 太陽輻射在大氣層上界和透過大氣層的光譜能量分布圖圖中紅色代表太陽直接輻射出的光譜能量分布，黑色代表透過大氣層后的太陽輻射能量分布�？梢郧宄目闯觯髿鈱μ栞椛渥贤獠ǘ蔚奈帐欠浅娏业�，尤其在 0.2-0.28μm的波段有個吸收峰，也使得該波段的背景噪聲幾乎為零。這主要是由臭氧層對此波段的強吸收造成的。這就為日盲紫外光通信提供了良好的信道條件，信道噪聲小，可使得信噪比隨之提高。紫外信號光在自由空間信道中傳播時，由于大氣粒子吸收作用，導致信號光衰減嚴重。從大氣的組成成分來看，媒介中不同的成分對紫外光的吸收是不同的，媒介對于紫外信號光的吸收效應可以用吸收系數(shù)來表示[55]。0 a i dI =k I dL(2.5)式中iI 為初始光強，0I 為光穿過厚度為 L 媒介后的光強，ak 為該媒介的吸收系數(shù)。也就是0ak LiI I e = (2.6)參照中緯度鄉(xiāng)村地區(qū)冬季且能見度為 23km 的無云雨的大氣狀態(tài)，利用 Modtran 軟件對大氣中幾種主要成分對紫外光的透過率影響進行仿真，仿真結(jié)果如圖 2.2 所示。13

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于APD的紫外光語音通信系統(tǒng)設(shè)計[J]. 王榮陽,袁永剛,李向陽.  光通信技術(shù). 2011(10)
[2]基于Mie氏散射理論的石墨微球顆粒光散射特性研究[J]. 張士英.  紅外. 2008(11)
[3]非均勻湍流路徑光傳播數(shù)值模擬中相位屏間Cn2的選取[J]. 錢仙妹,朱文越,饒瑞中.  光學學報. 2008(10)
[4]基于FPGA平臺的紫外通信系統(tǒng)的解調(diào)技術(shù)的研究[J]. 向平,肖沙里,高紅杰,李曉毅.  光電子技術(shù). 2008(02)
[5]1.06μm激光仿真測試中Mie散射影響分析[J]. 李華,秦石喬,胡欣,王省書,魏文儉,張寶東.  國防科技大學學報. 2008(03)
[6]霾與霧的識別和資料分析處理[J]. 吳兌.  環(huán)境化學. 2008(03)
[7]部分相干光在湍流大氣中傳輸?shù)难芯窟M展[J]. 錢仙妹,朱文越,饒瑞中.  大氣與環(huán)境光學學報. 2008(02)
[8]日盲紫外光通信系統(tǒng)中調(diào)制系統(tǒng)的研制[J]. 雷小明,肖沙里,藍玉偵,徐東鏹,張世欣.  光電子技術(shù). 2007(03)
[9]基于Mie散射理論的紫外光散射相函數(shù)研究[J]. 朱孟真,張海良,賈紅輝,楊建坤,常勝利.  光散射學報. 2007(03)
[10]紫外光語音調(diào)制信號的接收和解調(diào)[J]. 青山良,李曉毅,肖沙里,汪科.  儀器儀表學報. 2006(S3)

博士論文
[1]紫外通信信道特性研究以及語音通信平臺搭建[D]. 羅易雪.中國科學院研究生院（上海技術(shù)物理研究所） 2014
[2]紫外光通信大氣傳輸特性和調(diào)制技術(shù)研究[D]. 趙明宇.北京郵電大學 2013
[3]海洋懸浮粒子的米氏散射特性及布里淵散射特性研究[D]. 林宏.華中科技大學 2007

碩士論文
[1]紫外光通信技術(shù)研究與系統(tǒng)實現(xiàn)[D]. 汪新勇.北京郵電大學 2014
[2]紫外光通信系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)[D]. 喬志敏.哈爾濱工程大學 2013
[3]紫外光通信調(diào)制與信道編碼技術(shù)的FPGA實現(xiàn)[D]. 于曉娜.中國科學院研究生院（空間科學與應用研究中心） 2010
[4]自由空間光通信調(diào)制與編碼的研究[D]. 徐智敏.重慶大學 2007



本文編號：2952358