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《哈尔滨工程大学》 2014年
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水下可见光通信系统设计及实现

吴聚章  
【摘要】:21世纪以来,随着世界陆地上资源的日益匮乏,使得人们对资源的开发利用不得不将重点从陆地转向浩瀚的海洋。但是,对海洋的开发是需要相应的水下技术作为支撑。水下可见光通信技术是一种新兴的水下无线通信技术。它不仅克服了传统水下声学通信技术中的传输速率低、时延高、带宽窄、体积大等缺点,相比于水下电磁波通信技术,还具有低衰减系数的优点。故此,水下可见光通信技术特别适合短距离水下无线传感器网络之间的通信。本课题采用F5型高亮白光发光二极管(LED)作为通信光源,设计并搭建了一套水下可见光通信系统平台。该型LED具有价格低廉、发光效率高、便于调制且工作稳定等优点,它的光谱范围主要集中在可见光波段。系统接收端的光电探测器采用的是滨松公司的S9055硅PIN光电二极管。本文主要对以下内容进行了研究:(1)围绕着本课题研究的背景与意义,详细介绍了当前国内外研究的现状以及几个比较有代表性的研究成果。(2)针对海水对光波的传输衰减效应,详细分析了海洋水体中对光波衰减起主要作用的四类物质(纯海水、浮游植物、黄色物质、悬浮颗粒)的吸收与散射模型,并采用Matlab软件对相关模型进行了仿真。(3)对课题所选用的可重叠脉冲位置调制(OPPM)方式原理进行了介绍,并对其调制解调的FPGA设计实现进行了详细的阐述。解决了解调中时隙同步与帧同步两大难点。接着介绍了基于CY7C68013控制的USB数据采集系统的设计方法。(4)完成了系统的硬件模拟电路部分的设计实现及调试,主要包括了发射端光源驱动电路、接收端的信号处理电路。其中信号处理电路较为复杂些,主要由流压转换电路、放大电路、滤波电路、整形电路组成。(5)在自制长1.5m、宽0.4m、水深0.4m的水箱内对不同浊度下不同通信速率进行了实验测试,其中选取的是100KHz、200KHz、300KHz的时隙通信频率。经测试,在时隙频率为200KHz以下时,实现了清水下1.2米无误码通信,且最高数据传输速率达21.8kbps。随着浊度的增加,误码率也随之增大。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN929.1

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