基于蓝绿光LED的水下光通信研究

作     者：张文枭 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟志;凌林本

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：水下无线光通信 多径效应 蓝光LED MDPCM调制 FPGA 

摘      要：随着社会科技与国防力量的发展,水下高速率、远距离的无线通信需求越来越高,常用的水声通信已经无法满足实时性强传输速率高的要求。水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication,UWOC)凭借更高的通信速率、更低的成本与较小的功耗等诸多的优点成为当前热门研究领域,具有很高的研究价值与应用潜力。课题设计了一款小体积,低功耗,远距离传输的蓝光发光二极管(LED)无线通信系统。发射机采用LED阵列作为光源,接收机采用PIN光电二极管作为光电探测器。通过现场可编程逻辑门阵列(FPGA)与单片机组成的核心电路进行信号的调制解调与通信协议的实现。论文完成的主要工作包括:首先,针对海水对可见光衰减进行建模分析,详细介绍了海水中不同因素与不同环境下对可见光的衰减差异,通过仿真,为光源与光电探测器的选型提供参考依据。采用小角度近似法,建立了水质与距离所产生的脉冲展宽模型,为设计调制参数设计提供理论参考。再次,分析水下无线光通信调制方式,针对水下无线光通信存在的多径效应,设计多进制数字脉冲周期调制(M-ary digital pulse cycle modulation,MDPCM)调制方式,对该调制方式进行了频带利用率,信道容量,带宽等参数的分析,并利用FPGA实现MDPCM的调制解调。最后,设计了无线光通信收发系统的硬件电路,并搭建实验平台,实现无线光通信实验,通过示波器对发射机与接收机中的电路进行信号监测及光传输的多径效应进行分析;实验结果表明,MDPCM调制适合无线光通信,通过调整保护时隙,能够有效地抑制多径干扰,同时进行了不同调制速率的下通信距离实验。