基于LED的水下光无线通信技术研究

作     者：景涛 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高冠军

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：水下可见光通信 蓝光LED OOK调制 FPGA 

摘      要：海洋是人类可持续发展的重要基地,开发利用海洋是解决当前人类社会面临的人口膨胀、资源短缺和环境恶化等一系列难题的可靠的途径,水下无线通信和水下传感器网络技术应运而生,而这一切都离不开高效的水下无线通信。目前,水下无线通信主要可以分为三大类:水下电磁波通信、水声通信和水下无线光通信。前两种技术虽然比较成熟,但二者的通信容量和时延都无法满足日益增长的水下通信需求。因此,无线光通信技术的研究就显得尤为重要。世界各国的研究人员都致力于这一技术的研究和相应的样机开发。与传统水下无线通信方式相比,水下可见光LED通信技术克服了水声通信速率慢和时延大的缺点,同时解决了水下蓝绿激光通信对准困难的问题。本文研究了基于蓝绿光LED的水下无线光通信技术,论文的主要工作和创新点如下:一、设计了水下LED无线光通信中基于开关电路和PMT探测器的OOK信号发射和接收模块,并通过硬件测试验证进行了对比分析,结果表明基于开关电路、PMT探测模块的实现方式具有高耦合功率、高灵敏度的优点;二、基于FPGA实现实时的信号处理,设计了数据帧结构,实现了位同步、帧同步和RS编解码模块,并进行了实验验证,结果表明系统可实现无误码的实时信号传输;三、设计了 LED的发光阵列,配合相应的光学模块和密封舱,搭建实时水下LED无线光通信样机实验平台,经过实验测试,结果表明水下可见光LED通信系统支持实时的视频信号传输。