基于單LED的無(wú)線(xiàn)紫外光通信系統設計與實(shí)現
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3．1 紫外光通信發(fā)射端設計
紫外光通信發(fā)射端設計主要是由發(fā)光模塊和調制模塊構成，其中發(fā)送模塊光源的選取很關(guān)鍵，本系統采用紫外LED作為發(fā)射光源，具體為UV365～375 nm普亮標準型LED，其響應速度快，功率低，輸出功率商，數據傳輸速率可達數MHz。數據編碼電路的設計是由發(fā)射端對數據信號進(jìn)行PCM編碼，然后調制到紫外LED上進(jìn)行傳輸，也就是完成電光轉換部分。電光轉換電路中采用芯片HD74HC00，穩壓電路采用線(xiàn)性低壓差穩壓器LM1117通過(guò)電容濾除雜波得到穩定的3．3 V直流電源，保護電路采用穩壓二極臂1N4728。LM358與9013構成負反饋結構，為系統提供較穩定的直流偏置電壓，這樣光源不會(huì )因為電流過(guò)大而永久損壞。由OOK信號作為該系統的調制信號輸入，并由HD74HC00整形后驅動(dòng)。電位器為電流反饋電路提供基準電壓，從而對輸出的信號幅值和偏置電壓進(jìn)行調整。
3．2 調制方式
調制就是把信號疊加到載波上。紫外光通信系統中的調制器是一種電光轉換器，它使輸出光束的某個(gè)參數(強度、頻率、相位、偏振等)隨電信號變化，完成光的調制過(guò)程。調制方式分為內調制和外調制2類(lèi)。把被信息信號調制了的電信號直接加到光源(或電源)上，使光源發(fā)出隨信息信號變化的光信號稱(chēng)為內調制。把調制元件(如光電晶體等)放剄光源之外，使被信息信號調制了的電信號加到調制晶體上，當光束通過(guò)晶體后，其光束中的某個(gè)參數(強度、頻率、相位、偏振等)隨電信號變化而變化，從而成為載有信息的光信號，這一過(guò)程稱(chēng)為外調制。無(wú)論是外調制還是內調制，每一種調制方法都有不同的調制形式。
本通信系統設計為強度調制／值接檢測(IM／DD)系統。目前應用于強度／直接檢測(IM／DD)系統的常用幾種調制技術(shù)有：(1)開(kāi)關(guān)鍵控(On-Off Key，OOK)；(2)脈沖位置調制(Pulse Position Modulation，PPM)；(3)差分脈沖位置調制(Differential Pulse Position Modula tion，DPPM)。紫外光通信效果的好壞，與系統信號調制方式也有很大關(guān)系。對于通信系統來(lái)講，帶寬越小越好，比較OOK、DPPM、PPM3種調制方式，在相同通信速率的條件下，OOK調制方式所需帶寬最低，本系統采用OOK調制方法。
OOK是一種連續比特調制，其中“1”代表有脈沖，“0”代表沒(méi)有脈沖。在OOK系統中，通過(guò)在每一比特間隔內使光源脈沖開(kāi)或關(guān)對每個(gè)比特進(jìn)行發(fā)送。這是調制光信號最基本的形式，只需使光源閃爍即可編碼。用Tb表示每比特連續時(shí)間段，Rb=1／Tb代表傳輸比特率。脈沖寬度為T(mén)w，若每比特時(shí)間段與脈沖寬度占空比為x，則有Tw=xTb。當x1時(shí)，參考時(shí)鐘可以通過(guò)對周期轉換的傳輸比特序列進(jìn)行濾波得到。OOK解
調是由積分清除濾波并閾值使它符合50％的脈沖能量。采用OOK調制對應的誤碼率、信噪比為：
其中，函數
，Pr代表探測器接收到的能量，Pb代表探測器的背景干擾能量，PN代表探測器暗電流。背景光輻射是波長(cháng)的函數，如前所述，波長(cháng)低于280nm的波段可以忽略。探測器微粒噪聲如下式所示：
這里，h是普朗克常量，ηqe是量子效率，B表示接收帶寬。調制機制的帶寬利用率是比特傳輸率與傳輸所需要帶寬的比值。對于OOK調制，帶寬利用率可以表示為：
當0x≤1時(shí)，占用了部分脈沖寬度；而x=1時(shí)，采用非歸零碼時(shí)，帶寬利用率最高。
3．3 紫外光通信系統接收端設計
紫外光接收系統主要由北京濱松的R212型光電倍增管、濾光片和一些相關(guān)電路組成。紫外光信號在大氣中經(jīng)過(guò)多次散射和吸收，到達接收端時(shí)信號會(huì )非常微弱，并且在大氣傳輸過(guò)程中會(huì )有噪聲光的干擾，在進(jìn)入光電倍增管探測器之前，紫外光信號首先會(huì )通過(guò)濾光片得到提純，濾光片選取為270～360 nm帶通濾波片，BPF-UB1T2濾波片光譜圖如圖2所示，由于R212型光電倍增管屬于精密儀器，所以對微弱信號的檢測能力較強，圖3為光電倍增管光譜圖。在檢測具有高速脈沖的光信號時(shí)，通常使用具有50 Ω或75 Ω特性阻抗的同軸電纜，來(lái)連接光電倍增管和后續電路。為了使波形在傳輸中不失真，后續回路應與電纜的特性阻抗相匹配。接收端通過(guò)倍增管將接收到的光信號轉化為電信號后進(jìn)行整形放大并送處理芯片凌陽(yáng)SPCE061A進(jìn)行時(shí)鐘提取和同步解調，最后輸出數據信號。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/168559.htm
在光電倍增臂易受干擾的340 nm以上波段的區域，通過(guò)帶通濾光片的濾除作用使絕大多數噪聲干擾都無(wú)法對系統造成影響，這樣搭配能保證在現有的條件下實(shí)現最優(yōu)的信號采集效果。光電倍增管采集到信號十分微弱，其本身輸出的信號高低電平差很小，系統采用LM393作為判決芯片，使輸出信號變成標準TTL電平，方便后續電路識別、整理。
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