紫外光通信系统解调技术的研究

论文摘要

作为一种新兴的通信手段,紫外光通信系统与常规的通信系统相比,具有灵活、低窃听、全方位、非视距通讯的独特优势,可满足军舰、飞机编队之间的保密通信需要。此外,由于紫外线主要以散射方式传播,并且传播路径有限,采用紫外光通信系统,还具有一定的绕过障碍物的能力,非常适用于近距离抗干扰的通信环境。目前紫外光通信在各国还是一个比较新的研究方向,普遍处于探索和研制阶段,对紫外光进行调制与解调一直是该系统的一个难题。同时,紫外通信系统的传输速度难以提高,无法满足语音传输速度的要求。为了解决上述的问题,本文进行了紫外光通信系统中关键技术的研究工作,其主要的研究内容如下:①分析了各种紫外光源的特点,从光调制系统、研制成本及开发周期等多方面考虑,选择了紫外气体放电灯作为系统光源;②研究了光电倍增管的性能及特点,将其作为紫外光信号的采集设备,并通过加装紫外光滤光片,大大提高了紫外光波段接收的准确度;③设计了信号预处理电路,对信号进行解调,还原出调制端加载的数字信号;④对FPGA技术的发展和特点进行了较深入的研究,设计出基于FPGA的解调电路,使传输速度得到很大的提高。在实验室环境测试,传输速率为9.6Kbit/s时,误码率仅为0.001%,从而为进一步开展日盲紫外光通信系统的研究和达到实时语音通信的传输速度打下了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外紫外光通信的研究现状
• 1.2.1 国内紫外光通信的研究现状
• 1.2.2 国外研究概况和发展趋势
• 1.3 本文的研究目的和研究内容
• 1.3.1 本文的研究目的
• 1.3.2 本文的主要研究内容
• 2 紫外通信系统的关键器件
• 2.1 紫外光源的选择
• 2.1.1 紫外气体灯
• 2.1.2 紫外激光器
• 2.1.3 紫外LED
• 2.2 紫外接收机
• 2.2.1 光电转换器件的选择
• 2.2.2 光阴极材料及其光谱响应
• 2.2.3 倍增管的特性
• 2.2.4 工作电路
• 2.2.5 光电特性和伏安特性
• 2.2.6 噪声特性
• 2.3 日盲紫外滤光片
• 2.4 本章小结
• 3 紫外光通信系统解调技术的设计
• 3.1 引言
• 3.2 FPGA 的基本结构
• 3.3 FPGA 的特点
• 3.3.1 Altera 的FPGA 结构特点
• 3.3.2 CycloneⅡ器件
• 3.4 FPGA 设计中的流水线设计方法
• 3.5 FPGA 设计中的同步问题
• 3.6 FPGA 系统设计流程
• 3.7 芯片配置方式
• 3.8 系统硬件设计
• 3.8.1 引脚连接
• 3.8.2 电源设计要点
• 3.9 系统软件设计
• 3.9.1 Quartus Ⅱ设计向导
• 3.9.2 DSP Builder 设计
• 3.10 本章小结
• 4 紫外光通信系统解调技术的实现
• 4.1 系统的总体结构
• 4.2 日盲紫外光通信系统的前端发送
• 4.3 日盲紫外光通信系统的调制部分
• 4.4 光电倍增管的工作原理
• 4.5 信号的光电转换和预处理
• 4.6 用模拟电路来实现系统的解调
• 4.6.1 锁相环电路
• 4.6.2 压/频转换
• 4.6.3 鉴频解调电路
• 4.6.4 解调信号的输出接口电路
• 4.7 基于FPGA 的解调电路
• 4.7.1 2FSK 原理
• 4.7.2 技术难点
• 4.7.3 FPGA 解调原理
• 4.8 本章小结
• 5 紫外光通信系统的测试
• 5.1 系统测试方法
• 5.2 采用模拟电路进行解调得到的测试结果
• 5.3 基于FPGA 的解调电路的测试结果
• 5.4 测试过程中遇到的若干问题及解决办法
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录