多LED紫外光通信系统设计与性能分析

为了实现多LED紫外光通信系统,首先介绍了紫外光通信系统的理论知识,设计的发送端能采用直流驱动紫外光LED为光源,接收端采用滤光片和光电倍增管实现光电检测,详细介绍了紫外光通信系统相关电路的原理和设计方案,在不同条件下对系统进行了实验测试,并对通信距离和误码率进行了分析,随着LED个数及LED供电电流的增加,紫外光通信的传输距离增加,并且误码率减低,使得紫外光通信系统的性能得到了提高。结果表明:系统可以满足近距离无线紫外光通信在角度对准、空分复用及方便组网等方面的需求。     

AlGaN基深紫外微型发光二极管的研究进展(特邀)

随着AlGaN基深紫外发光二极管(DUV LED)的发展，其不仅在杀菌消毒领域得到广泛应用，在日盲紫外光通信领域的应用也受到越来越多的关注。这主要是由于相比其他的紫外光源(如汞灯、激光)，其具有功耗低、设计灵活且调制带宽高的优势。而DUV LED的带宽严重依赖于器件尺寸，器件尺寸越小，其带宽越高。但是，随着深紫外微型发光二极管(μLED)的尺寸减少，尽管其带宽得到提高，但是其光功率却急剧下降，这严重限制了深紫外μLED在光通信中的应用。文中主要总结了深紫外μLED作为日盲紫外光通信光源的研究现状和综合分析尺寸效应引起器件性能的变化及其机理；并分析出低的光提取效率和严重的自热效应是影响深紫外μLED光功率的两个主要因素。进而综述了各种提高深紫外μLED光提取效率和改善热学特性的方法。文中将为从事深紫外μLED研究的工作者提供一定的研究方向指导。     

日盲紫外LED实时视频传输系统设计

针对当前紫外光通信中气体灯与激光光源调制速率慢、体积较大,光电倍增管工作电压过高等问题,提出了一种基于现场可编程门阵列技术的日盲紫外LED实时视频传输系统,其发射光源采用波长为265 nm的单紫外LED,探测器采用紫外PIN;通过电路和逻辑模块设计搭建了视频传输系统,研究了系统的光功率密度与通信距离之间的关系;基于二进制开关键控调制方式,实现日盲紫外LED实时视频传输系统最大传输速率为2.88 Mbit/s,当通信距离为4 m时,传输速率达到1.92 Mbit/s。     

紫外通信中探测器的研究

紫外光由于具有日盲特点而使其在通信方面有着特殊的的必要性及优越性,紫外光的探测是紫外光通信和其他常用通信方式的主要区别点。介绍了几类现有的应用于日盲紫外光通信系统的日盲紫外探测器,并对其光谱响应,量子效率等特点进行了分析,得出了各类紫外探测器的适用条件,为器件的选取提供一定的参考并进一步探讨了紫外探测器的发展趋势。     

紫外光通信的散射信道简化模型

针对不同的紫外光通信模式,提出了非直视单散射信道模型的简化模型,通过实验验证了简化模型的准确性和高效性;在简化模型的基础上,对各种典型天气条件下,不同通信距离的能量损耗等进行数值仿真和结果分析,为日盲段紫外光散射通信系统的能耗分析提供了理论依据。通过对仿真结果的分析可知,简化模型可在保证仿真精度的前提下,提高仿真速度105倍;通信距离较小时,能见度对能量变化的影响较小;当距离增大后,薄雾天气对能量衰减迅速增加;随着距离的增加,轻霾、晴朗、非常晴朗等天气对能量衰减影响程度的差异也逐渐增加,即能见度越低,能量衰减曲线越陡,反之,曲线越平缓。     

日盲紫外光通信创新实验的探索及教学研究

以日盲紫外光通信系统多采用激光器或汞灯作为光源、紫外光电二极管作为探测器,整体系统体积大、操作复杂,难以满足电子通信工程的实验教学需求,因此急需建立一种新型光通信创新实验教学平台。文中设计并构建了一套新型紧凑化日盲紫外光通信系统,其采用紫外LED作为光源、可见光PIN管为探测器,以下转换荧光玻璃为光谱转换器,实现了远距离、高灵敏度的日盲紫外光信号传输与探测。该系统不仅增大了输出信号的幅值,还将最大日盲紫外探测光电流提高到了23.3 μA。通过实践教学,发现该创新实验平台对提高学生综合能力和对日盲紫外光通信实验仪器设备的理解与高效率使用,发挥了重要的促进作用。     

可见光通信光正交频分复用系统符号分解技术抑制LED非线性失真研究

传统重复信号限幅(ISC)技术可以减小非线性LED光正交频分复用(O-OFDM)系统的非线性限幅噪声影响。但ISC系统需要多个LED同时发光,同步和硬件实现复杂,并且误码率(BER)随着信道增益差异的增大而变大。基于此,提出基于单个LED的O-OFDM符号分解串行传输系统,对O-OFDM符号进行限幅分解,然后串行组帧,最后输入到单个LED中。推导了系统理论信噪比表达式,并建立了蒙特卡罗误码率和误差矢量幅度(EVM)仿真模型。结果表明,随着符号分解次数增大,EVM和BER性能显著变好,但通信速率略有下降,并且直流偏置会影响EVM和BER性能。本系统实现简单,避免了信道增益差异引起的BER变差问题。     

大气日盲紫外无线光组网技术研究

基于视距和非视距大气日盲紫外光通信的特点,阐述日盲紫外光散射信道的通信系统模型和链路模型,研究利用大气日盲紫外无线光通信进行组网的紫外安全、路径损耗、信道带宽、覆盖范围等规则,提出一种适合紫外无线光网络中信息传输的发送装置结构.     

“日盲”紫外光通信系统编译码性能研究

针对“日盲”紫外光通信信道的特殊性,采用当前优异的信道编码技术Turbo码进行编码,仿真分析了Turbo码实现紫外光信息传输的可行性,并分析了Turbo码Max-Log—MAP译码算法对译码性能的影响,为Turbo码在紫外光通信系统中的应用提供了理论基础。     

非视距紫外光通信系统中霾衰减特性研究

为了研究霾环境下应用紫外光通信的系统特性,研究了霾粒子的物理特性及谱分布特性,利用散射理论分析了霾粒子在日盲紫外光波段的散射特性;并利用经典Luettgen单散射信道模型,研究了霾环境下非视距日盲紫外光传输的路径损耗特性。通过分析路径损耗与通信距离、能见度以及系统角度之间的关系仿真结果,得到了非视距紫外光传输系统中霾衰减的理论特性:在较短通信距离时,系统的路径损耗受天气状况（能见度）影响较大;能见度较好时,通信距离对路径损耗的影响将会突出,实际中应尽量选取能见度大于2 km的天气条件。文中的工作对设计霾天环境下紫外光通信系统及优化系统性能提供了一定的理论参考,同时对系统工程化实现也具有一定的指导意义。     

逆向调制激光通信作用距离及误码率分析

为了分析逆向调制激光通信系统中OOK调制方式下的误码率特性,在分析回波功率模型和误码率性能的基础上,利用Optisystem仿真软件建立了逆向调制激光通信链路。链路采用NRZ码对不同通信距离、不同能见度下的100 Mbps和1 Gbps通信速率进行了仿真,根据所得信噪比值计算出不同条件下的误码率,并结合“眼图”特征得出不同条件下可实现的逆向通信距离。结果表明,误码率随着大气能见度的增大而减小,随着通信距离增大而增加。在大气能见度为10 km的条件下,系统可以实现通信速率为100 Mbps、距离为2 km的逆向通信。     

无线紫外光MIMO直升机助降ALOS链路性能分析

无线紫外光通信具有高速率高可靠性的特点,可以满足复杂环境下的通信。通过直升机助降的过程提出近似直视通信方式,并研究了无线紫外光MIMO系统的ALOS通信链路模型,同时计算了弱湍流条件下ALOS链路中MIMO系统的误码性能,并仿真分析其信噪比、发射功率、发射（接收仰角）以及通信距离对误码率的影响。计算分析当发射（接收）仰角小于35时,误码率随着发射（接收）仰角的增大,其增长趋势比较明显,当大于35时,误码率随着发射（接收）仰角的增大,其增长趋势变缓。结果表明,在无线紫外光ALOS链路中,采用天线阵列和多探测器的MIMO技术能够较好地降低误码率和抑制大气湍流,并提高抗衰弱能力。     

紫外光通信误码率测试系统设计

为了对紫外光通信系统的传输性能进行定量分析,设计了基于FPGA的误码序列发送和接收系统,并在上位机利用labVIEW程序实现了对误码的分析和计算。该系统发射端测试序列采用9阶伪随机m序列,并按照一定的速率传送给LED驱动电路,接收端完成光电信号处理、脉冲序列同步和数据提取,格式化后通过串口发送至上位机进行误码分析。室内测试结果表明,该设计适于完成紫外光通信系统误码率的分析和计算,可以为紫外光通信系统最佳链路的选择提供依据。     

An ultraviolet laser communication system using frequency-shift keying modulation scheme

A communication system based on an ultraviolet(UV) laser at 266 nm is presented to improve the communication distance. The pulse frequency-shift keying(FSK) modulation scheme is studied and improved in order to reduce the bit error rate(BER), and is put into practice on a field programmable gate array(FPGA). The mathematical models of the modulation and demodulation are established. A test platform is set up to measure the energy density and pulse response under different distances and receiver elevation angles. It is shown that the omnibearing communication can be realized, and the bit rate is limited to 12.5 Mbit/s. The BER is estimated to be less than 10-7 at distance of 300 m in line-of-sight(LOS) communication model and to be less than 10-6 at distance of 80 m in non-line-of-sight(NLOS) communication model.     

大气湍流中直升机助降紫外光引导调制研究

为了研究大气湍流中不同调制方式对无线紫外光通信系统的性能影响,基于紫外光非直视通信模型,理论推导了弱湍流条件下开关键控、脉冲位置调制的误比特率。采用紫外光引导直升机助降模型,在不同调制方式下仿真分析了发射功率、通信距离、发散角、接收视场角、收发仰角对误比特率的影响。结果表明,不同调制方式的误比特率随着发射功率、发散角、接收视场角的增大而不断减小,随着通信距离、收发仰角的增大而增大; 在相同条件下,脉冲位置调制比开关键控的误比特率更低,而且随着调制阶数的增加,误比特率会越来越小。这一结果对提高紫外光通信系统在大气湍流中的抗干扰能力具有一定的应用价值。     

Performance evaluation of underwater wireless optical CDMA system for different water types

In this paper, an analytical approach is presented to investigate the bit error rate (BER) performance of underwater wireless optical code division multiple access system for different water types. Optical orthogonal codes (OOC) are used as the user-specific address sequence to encode and decode the user’s data. LED with an operating wavelength of 532 nm is used as the optical source, and silicon avalanche photodiode is used as the optical detector. The system BER performance is analyzed on account of transmission distance, transmitted power, number of simultaneous users, and other system parameters where different water types (i.e., pure sea water, clear ocean water, and coastal ocean water) are considered as the communication channel qualities. It is found that the BER performance of this system significantly depends on the water types. However, the best overall system performance is achieved in pure sea water where clear ocean water provided better results than coastal ocean water.

     

自适应调制的正交频分复用多模光纤通信系统性能分析

随着短距离通信网的不断发展,多模光纤(MMF)已经成为实现高速大容量信息传输的理想介质,但多模光纤严重的模式色散限制了其传输能力.为了提高多模光纤的传输能力,设计了基于自适应调制(AM)的正交频分复用(OFDM)多模光纤通信系统.提出了适用于该系统的自适应比特分配算法,并通过仿真证明了该算法的有效性.在此基础上重点分析了自适应调制对系统性能的影响,对比了自适应前后不同传输速率、不同信道情况下的误码特性.结果表明,自适应调制能较好地克服深衰落点对系统性能的影响,有效降低了系统误码率(BER).     

逆向调制阵列大气激光通信的误码率分析

为研究逆向调制阵列对大气湍流的抑制作用,提高逆向调制大气激光通信质量。首先,建立了逆向调制阵列接收光束传输模型,分析了光束经大气传输到达逆向调制阵列的信噪比;然后,建立了逆向调制阵列反射光束在大气信道中的传输模型,推导了不同数目反射光束在接收端的光强概率分布模型,分析了在不同湍流环境下采用逆向调制阵列的激光通信误码率;最后,仿真分析了在中等大气湍流条件下传输距离为1 km时,采用三个逆向调制器组成的逆向调制阵列的通信误码率比单个逆向调制器降低4 dB。