多业务大气激光通信机的研制

论文摘要

近年来,人们对宽带多媒体业务的需求促进了整个通信网络的宽带化发展,光波是宽带信息的最佳载体,光纤通信的发展已证明了这一点。与光纤通信相比,大气激光通信更适合于宽带无线接入。我们将大气激光通信技术与视音频压缩处理、电话线传输系统、点对点通信技术结合在一起,搭建了一个多业务大气激光通信系统。本文概述了多业务大气激光通信的发展状况及基本原理,介绍了其特点和用途。研制了一种能够实现语音、数据、图像双向传送的大气激光通信系统,传输速率为20Mbps,传输距离1000m,工作在全双工的工作模式。本文从激光发射子系统、光电接收子系统、通信端机子系统等方面阐述了其基本原理、组成结构及关键技术。主要工作包括:1.激光发射子系统的设计及其实现。根据激光器件的特点,对半导体激光器调制的原理及特性进行了详细的分析,设计了其硬件实现电路,并对纠错编码及光学发射天线进行简单说明。2.光电接收子系统的设计及其实现。包括光探测器件的选择,高灵敏度和高抗干扰性的光信号接收技术以及接收到信号后处理部分,最后还对纠错译码器及光学接收天线略作介绍。3.通信端机子系统。主要包括电源模块、多业务信号同步问题及多业务信息的压缩编码与传输。在通信系统的设计中,利用FPGA的现场可编程技术,结合电话线传输系统,实现交换系统中数字与话音复合接口,完成了10路电话交换;图像编码算法采用ISO MPEG-2标准;并提供并口、串口等常用数字接口,实现了1路串、并口数据、2路MPEG-2图像的稳定传输。实验结果表明,该系统稳定可靠,能够实现多业务功能。因此,该系统的研制对国内实用大气激光通信机的推广使用是很有意义的。最后对全文提出的理论和所做的实际工作进行总结,指出了在今后工作中有待于完善的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 大气激光通信技术的历史及现状
• 1.2.1 发展历史
• 1.2.2 国际研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 大气激光通信的系统组成及其关键技术
• 1.4 本文的主要工作
• 2 激光发射子系统
• 2.1 激光光源
• 2.1.1 激光器的发展
• 2.1.2 激光器的基本工作原理
• 2.1.3 激光器件的选择
• 2.2 半导体激光器的调制方式
• 2.2.1 半导体激光器的调制原理
• 2.2.2 半导体激光器的调制特性
• 2.2.3 调制方式的比较
• 2.3 高速调制的实现
• 2.4 纠错编码
• 2.5 光学发射天线
• 2.6 小结
• 3 光电接收子系统
• 3.1 光电接收器件
• 3.2 光电接收电路
• 3.2.1 跨阻前置放大器
• 3.2.2 高速差分放大器
• 3.3 纠错译码
• 3.4 光学接收天线
• 3.5 小结
• 4 通信端机子系统
• 4.1 电源模块的设计
• 4.2 多业务信号同步的设计
• 4.2.1 信号同步
• 4.2.2 异步速率匹配
• 4.3 话音信号传输技术
• 4.3.1 模拟用户接口
• 4.3.2 双音多频接收电路
• 4.3.3 多种信号音产生
• 4.3.4 数字网络接续原理
• a. 时间交换器
• 4.4 视频图像压缩及数据传输
• 4.4.1 图像压缩及传输
• 4.4.2 外围接口—串口
• 4.4.3 外围接口—并口
• 4.5 小结
• 5 系统的软硬件实现
• 5.1 多业务系统功能
• 5.1.1 发送端系统功能及FPGA实现
• 5.1.2 接收端系统功能及FPGA实现
• 5.2 多业务大气激光通信系统调试
• 5.2.1 系统开发环境介绍
• 5.2.2 实验设备简介
• 5.2.3 实验结果
• 6 结论
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后工作
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文