本文關(guān)鍵詞：水下高速LED光通信技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 無線水下通信 LED 水下光通信 調(diào)制技術(shù)

【摘要】：由于陸地資源的逐漸匱乏,人們將不再滿足于僅占地球表面積29%的陸地資源,進(jìn)而轉(zhuǎn)向資源更加豐富的海洋,海洋資源的開采將會(huì)是人類首要資源獲取途徑。因?yàn)楹５椎膼毫迎h(huán)境,水下機(jī)器人(ROV)在海底資源勘探上發(fā)揮著不可替代的作用。為了更好地發(fā)揮ROV的作用,ROV群之間的組網(wǎng)技術(shù)必不可少,而在海底組網(wǎng)技術(shù)上分為有線和無線兩種方式,有線組網(wǎng)方式因海底復(fù)雜環(huán)境和其結(jié)構(gòu)的不方便性沒有能像無線組網(wǎng)方式那樣廣泛應(yīng)用。從技術(shù)角度上來說,一些已在陸地上成功的通信技術(shù),介于海水這種特殊介質(zhì),并不能直接移植到水下工作。水下的無線通信方式分為水下聲通信,水下電磁波通信和水下光通信。相比于水下無線聲通信、電磁波通信,水下光通信具有體積小、功耗小,尤其是帶寬大速率高的優(yōu)勢(shì)。本文主要研究一款水下高速LED光通信系統(tǒng),該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)是無誤碼率的情況下速率達(dá)到100kbit/s,距離達(dá)到10米。本文從水下光通信的課題背景、研究意義、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢(shì)入手,詳細(xì)闡述了本課題的主要研究內(nèi)容。本文主要完成以下幾部分工作:詳細(xì)介紹光在水下的傳輸衰減效應(yīng)、LED編碼調(diào)制技術(shù)、連接訪問協(xié)議,水下LED光通信系統(tǒng)控制及電源模塊選型設(shè)計(jì)、光發(fā)送電路設(shè)計(jì)、光接收電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試。光在水下的傳輸衰減從海水的光學(xué)特性、光在水下傳輸?shù)奈张c散射效應(yīng)以及能量模型的角度來闡述;LED調(diào)制技術(shù)主要闡述了OOK調(diào)制技術(shù)和PPM、PWM調(diào)制技術(shù)。光通信系統(tǒng)控制模塊選用STM32F407為微控制器,MCP2150為編解碼芯片;電源模塊選用TI芯片設(shè)計(jì)出正負(fù)5伏和正3.3伏電源電路。光通信發(fā)送系統(tǒng)模塊從光源的技術(shù)角度出發(fā),詳細(xì)對(duì)比了半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體發(fā)光二極管,并設(shè)計(jì)完成了LED的驅(qū)動(dòng)電路。光通信接收系統(tǒng)模塊著重闡述了光探測(cè)器的工作原理和特征參數(shù),設(shè)計(jì)完成了電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、濾波放大電路,并從誤碼率的原理上設(shè)計(jì)完成系統(tǒng)判決電路,另設(shè)計(jì)完成了接收頭的聚光裝置。光通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)因選用MCP2150芯片支持IrDA協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)而比較簡(jiǎn)單,本文分析了主從節(jié)點(diǎn)的連接建立與數(shù)據(jù)傳輸過程,并完成數(shù)據(jù)收發(fā)和廣播ID設(shè)置的軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)調(diào)試部分首先介紹了光通信系統(tǒng)硬件的整體層次結(jié)構(gòu),并在水下進(jìn)行了光通信無誤碼下的距離測(cè)試,完成超過10米,速度達(dá)到100k以上的光系統(tǒng)通信測(cè)試,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在文章的最后,回顧并總結(jié)了本課題完成的工作,并指出目前尚存在的不足之處以及后期改進(jìn)和完善的方向。
【關(guān)鍵詞】：無線水下通信 LED 水下光通信 調(diào)制技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題研究的背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11-13
• 1.3 課題研究內(nèi)容13-15
• 第2章 水下光信道的傳輸衰減效應(yīng)與光調(diào)制技術(shù)解析15-23
• 2.1 海水的光學(xué)特性15
• 2.2 海水的吸收與散射效應(yīng)15
• 2.3 海水信道的能量傳輸模型15-17
• 2.3.1 海水衰減15-16
• 2.3.2 能量分布16-17
• 2.3.3 接收信號(hào)的總能17
• 2.3.4 水下脈沖波的時(shí)間拓寬17
• 2.4 OOK調(diào)制技術(shù)17-20
• 2.4.1 OOK通信原理17-19
• 2.4.2 OOK誤碼特性19-20
• 2.5 PPM和PWM調(diào)制技術(shù)20-22
• 2.6 本章小結(jié)22-23
• 第3章 水下LED光通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)23-30
• 3.1 系統(tǒng)控制模塊設(shè)計(jì)23-25
• 3.1.1 微控制器23-24
• 3.1.2 MCP215024-25
• 3.2 系統(tǒng)收發(fā)模塊設(shè)計(jì)25-26
• 3.3 系統(tǒng)電源模塊設(shè)計(jì)26-28
• 3.3.1 線性穩(wěn)壓器26
• 3.3.2 電感型開關(guān)電源26
• 3.3.3 電荷泵型開關(guān)電源26-28
• 3.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)封裝設(shè)計(jì)28-29
• 3.5 本章小結(jié)29-30
• 第4章 光發(fā)射光接收電路設(shè)計(jì)30-54
• 4.1 光發(fā)射電路設(shè)計(jì)30-38
• 4.1.1 半導(dǎo)體激光器30-32
• 4.1.2 半導(dǎo)體發(fā)光二極管32-34
• 4.1.3 驅(qū)動(dòng)器電路設(shè)計(jì)34-38
• 4.2 光接收電路設(shè)計(jì)38-53
• 4.2.1 光探測(cè)器38-41
• 4.2.2 電流-電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)41-45
• 4.2.3 濾波放大電路設(shè)計(jì)45-47
• 4.2.4 滯回比較器設(shè)計(jì)47-52
• 4.2.5 聚光裝置設(shè)計(jì)52-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第5章 連接訪問協(xié)議和軟件設(shè)計(jì)54-61
• 5.1 通信協(xié)議54-56
• 5.1.1 IrDA標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)54
• 5.1.2 IrDA數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)機(jī)54-55
• 5.1.3 IrPHY物理層標(biāo)準(zhǔn)55-56
• 5.1.4 IrLAP連接建立協(xié)議56
• 5.2 通信鏈路的建立56-59
• 5.2.1 正常斷開模式（NDM）56-57
• 5.2.2 搜索模式57
• 5.2.3 正常連接模式（NCM）57-59
• 5.3 軟件設(shè)計(jì)59-61
• 5.3.1 數(shù)據(jù)收發(fā)59-60
• 5.3.2 廣播ID設(shè)置60-61
• 第6章 系統(tǒng)調(diào)試61-68
• 6.1 硬件層次結(jié)構(gòu)61-63
• 6.2 整體數(shù)據(jù)收發(fā)調(diào)試63-64
• 6.3 結(jié)果分析64-68
• 第7章 總結(jié)與展望68-70
• 7.1 總結(jié)68
• 7.2 展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-72
• 致謝72-73
• 附錄73

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 胡鈞桂;面向未來 迎接挑戰(zhàn)──為建所30周年《光通信技術(shù)》專刊致辭[J];光通信技術(shù);2001年03期

2 ;日本開發(fā)最新光通信技術(shù)系統(tǒng)[J];科技廣場(chǎng);2002年06期

3 ;第二\G光通信技術(shù)與市場(chǎng)研討暨展覽會(huì)[J];通信世界;2003年31期

4 郭中華;2003年光通信技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用展望[J];通訊世界;2003年01期

5 ;第三屆中國光通信技術(shù)與市場(chǎng)研討會(huì)召開[J];電力系統(tǒng)通信;2003年10期

6 日通;長距離光通信技術(shù)[J];軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品;2003年12期

7 Larry DesJardin;不斷演進(jìn)的光通信技術(shù)[J];電子設(shè)計(jì)應(yīng)用;2004年02期

8 W.TX;世界最快光通信技術(shù)[J];軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品;2004年06期

9 ;第三屆光通信技術(shù)與市場(chǎng)發(fā)展研討會(huì)[J];通信世界;2004年25期

10 ;第三屆光通信技術(shù)與市場(chǎng)發(fā)展研討會(huì)[J];通信世界;2004年35期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 都明;堯長青;馮濤;;淺談40G光通信[A];四川省通信學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

2 李明宇;閻春生;胡海洋;;光通信實(shí)習(xí)教學(xué)改革建議[A];2006-2010年教育部高等學(xué)校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)第三次會(huì)議暨教學(xué)改革研討會(huì)論文集[C];2008年

3 張阿平;高少銳;何賽靈;;光通信技術(shù)課程教學(xué)探討[A];2006-2010年教育部高等學(xué)校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)及協(xié)作委員會(huì)2010年全體會(huì)議論文集[C];2010年

4 毛謙;;光通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀及其發(fā)展[A];武漢市首屆學(xué)術(shù)年會(huì)通信學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

5 韋樂平;;40G光通信技術(shù)與下一代干線光纖的發(fā)展[A];四川省通信學(xué)會(huì)2003年有線通信技術(shù)交流會(huì)資料匯集[C];2003年

6 李番;鄔雙陽;張文平;;星地光通信地面接收技術(shù)研究[A];魯豫贛黑蘇五省光學(xué)（激光）學(xué)會(huì)2011學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2011年

7 蔣麗娟;朱道偉;;無纖光通信技術(shù)及其應(yīng)用[A];全國第十次光纖通信暨第十一屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（OFCIO’2001）論文集[C];2001年

8 韋樂平;;光通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和展望[A];全國第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

9 謝征;吳國鋒;;移動(dòng)大氣光通信新慨念[A];2007年全國第十六屆十三�。ㄊ校┕鈱W(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

10 鄭大永;樂彤惠;;光通信技術(shù)的發(fā)展概述[A];四川省通信學(xué)會(huì)1999年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1999年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 方新洲;日本利用航標(biāo)燈實(shí)施可見光通信[N];中國船舶報(bào);2008年

2 安吉;貝爾實(shí)驗(yàn)室最新成果助力未來光通信發(fā)展[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

3 本報(bào)記者 姚傳富;光通信技術(shù)依然朝霞滿天[N];人民郵電;2013年

4 記者 葉青 通訊員 羅廷;廣東率先成立聯(lián)盟 攻關(guān)可見光通信技術(shù)[N];廣東科技報(bào);2014年

5 記者 葉青 通訊員 羅廷;可見光通信技術(shù)可減少人體電磁損害[N];廣東科技報(bào);2014年

6 陳漢林;烽火通信與四川省電力公司舉行光通信技術(shù)交流會(huì)[N];西南電力報(bào);2000年

7 記者 于尚民;金融風(fēng)暴點(diǎn)燃光通信?[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2008年

8 本報(bào)記者 范毅波;日立攜手北郵 研發(fā)光通信技術(shù)[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2005年

9 劉霞;可見光通信技術(shù)有望取代無線保真技術(shù)[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

10 杞人;廣東加快推進(jìn)可見光通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)化[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 李建鋒;高速可見光通信的調(diào)制關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2015年

2 俞建杰;衛(wèi)星光通信光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能評(píng)測(cè)方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

3 薛正燕;衛(wèi)星光通信捕獲跟蹤技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2015年

4 丁舉鵬;可見光通信室內(nèi)信道建模及性能優(yōu)化[D];北京郵電大學(xué);2013年

5 何勝陽;室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

6 羅彤;星間光通信ATP中捕獲，跟蹤技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2005年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 代好;面向射頻和可見光通信的三維空間鍵控系統(tǒng)[D];大連海事大學(xué);2015年

2 陳明方;基于可見光通信的車輛身份識(shí)別系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2015年

3 徐殿維;基于白光LED的雙向無線光通信及糾錯(cuò)方法的實(shí)驗(yàn)研究[D];黑龍江大學(xué);2015年

4 張坤;基于激光二極管的可見光通信技術(shù)研究和硬件設(shè)計(jì)[D];南京航空航天大學(xué);2014年

5 秦小翔;基于LED燈的光通信技術(shù)研究[D];河北科技大學(xué);2015年

6 方勛;水下高速LED光通信技術(shù)研究[D];杭州電子科技大學(xué);2015年

7 胡渝;星間光通信跟蹤精度測(cè)試[D];電子科技大學(xué);2006年

8 石濤;星間光通信雙向跟蹤穩(wěn)定特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

9 孫春媛;水下短距離可見光通信技術(shù)的研究[D];中國海洋大學(xué);2007年

10 馬志超;衛(wèi)星光通信誤差反饋振動(dòng)補(bǔ)償算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：626899