隨著陸地資源的不斷消耗,人們?cè)絹碓疥P(guān)注占地球三分之二表面積的海洋資源,各個(gè)國家也提出了相應(yīng)的海洋發(fā)展戰(zhàn)略,與之相對(duì)應(yīng)的水下無線通信成為一個(gè)重要的研究方向。由于水聲通信傳輸速率較低,傳統(tǒng)射頻通信在水中衰減較大造成通信距離較短,可見光通信VLC成為水下通信的有效輔助技術(shù)而引起越來越多的關(guān)注�？梢姽馔ㄐ磐ǔ２捎冒l(fā)光二極管LED作為發(fā)送光源,光電二極管PD或者雪崩二極管APD為接收機(jī),但是由于PD/APD器件較高的檢測(cè)門限,基于PD/APD器件的水下可見光通信UVLC傳輸距離受限。為了實(shí)現(xiàn)水下長(zhǎng)距離通信,目前學(xué)者們提出采用高靈敏度的單光子雪崩二極管SPAD作為接收機(jī)。然而,由于水下可見光通信UVLC-SPAD系統(tǒng)的信號(hào)和信道非負(fù)性、水下信道概率分布的復(fù)雜性以及SPAD的輸出為近似泊松Poisson分布,傳統(tǒng)室內(nèi)中基于PD器件的傳輸和檢測(cè)方法不能直接應(yīng)用于UVLC-SPAD系統(tǒng)。因此,本文緊緊圍繞UVLC-SPAD系統(tǒng)長(zhǎng)距離信息傳輸這一主題,針對(duì)如何實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離UVLC、發(fā)送端信號(hào)設(shè)計(jì)、接收機(jī)聯(lián)合檢測(cè)、死時(shí)間效應(yīng)和光子計(jì)數(shù)脈沖波形約束下的SPAD器件聯(lián)合檢測(cè)及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)問題,從以下幾個(gè)方面... 

【文章來源】：戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

水下無線通信需求水聲通信是最廣泛采用的技術(shù)，其最早的應(yīng)用歷史可以追溯到19世紀(jì)初

圖 2 古代中國烽火臺(tái)的光無線中繼通信系統(tǒng)為一種無線通信方式[10]-[65]，數(shù)千年來，光以不同的形式承載著信息傳輸?shù)氖姑＠�，公元�?1000 年，古代中國利用烽火臺(tái)傳輸軍事信息，多個(gè)烽火臺(tái)還可實(shí)現(xiàn)中繼通信，更有周幽王―烽火戲諸侯‖的歷史典故（圖 2）；公元前 800 年前，古埃及和羅馬軍隊(duì)利用拋光的盾牌反射太陽光傳輸信息；1880 年左右，Alexander Graham Bell 研發(fā)了一種基于光媒介的無線電話系統(tǒng)，該系統(tǒng)被認(rèn)為是第一代光電通信系統(tǒng)。1955 到 1962 年左右，發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）和激光二極管（laser diode，LD）的出現(xiàn)為光無線通信(opticawireless communication，OWC)提供了更便利的條件，引領(lǐng)了 OWC 研究的高潮。一般而言，當(dāng)發(fā)送端采用 LED 光源時(shí)，稱 OWC 為可見光通信（visible light communications，VLC），其工作光譜在 390~750nm 范圍[66]-[79]。和聲波以及射頻相比，UOWC 擁有更高的傳輸速率、更低的傳輸鏈路時(shí)延亦即更低的收發(fā)系統(tǒng)能耗，典型的 UOWC 系統(tǒng)的傳輸速率和通信距離可以到數(shù) Gbps/數(shù)十米量級(jí)。顯然，這種高速信息傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)可以確保在水下實(shí)現(xiàn)許多實(shí)時(shí)通信應(yīng)用（例如水下視頻傳輸）；相對(duì)于水聲通信，光在水中的速度約為82.25 10m/s，因此系統(tǒng)的鏈路傳輸時(shí)延可以忽略。另外，UOWC 系統(tǒng)為定向傳輸而非水聲和 RF 通信的全向通信方式，因此光通信受益于較少的干擾，更高的信息傳輸安全性。LED 和 LD 器件

戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)博士學(xué)位論文為了有效地拓展通信距離，本章采用了兩種關(guān)鍵技術(shù)：1）通過一個(gè)光學(xué)透鏡減小 LED的半功率角，從而增強(qiáng)發(fā)送端光強(qiáng)度；2）接收端采用 SPAD 接收機(jī)以提升檢測(cè)靈敏度。然而，最復(fù)雜的問題是目前沒有嚴(yán)格的水下長(zhǎng)距離信道模型。LED 點(diǎn)光源Underwater channel model聚光鏡SPAD 檢測(cè)器調(diào)節(jié)極化角和功率濾光片圖 5 基于 SPAD 接收機(jī)的水下長(zhǎng)距離可見光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2.1 LED 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]SIMO detection schemes for underwater optical wireless communication under turbulence[J]. Weihao Liu,Zhengyuan Xu,Liuqing Yang.  Photonics Research. 2015(03)



本文編號(hào)：3373335