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《重庆大学》 2015年
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基于声光调制的激光无线通信关键技术研究

徐山河  
【摘要】:无线通信是指进行信息交互的双方,能够通过无线技术进行文字、语音或其他数据的传输。以激光为信息载体的无线通信即为无线激光通信,因其频带宽、抗电磁干扰强、无需频率申请等优势越来越受到国内外研究学者青睐。本文所研究的主要内容即为激光无线通信,基于激光器、声光调制器、光电倍增管、可编程逻辑器件等硬件,设计并搭建了一套完整的激光无线通信系统,在此系统的结构变换下分别实现了激光的单工通信、逆向调制通信、和双工通信。本文对激光传输原理、传输模型、工作方式进行阐述分析,同时重点对激光通信的调制方法进行了原理分析,最终采用637 nm半导体激光器作为通信光源,使用可视通信模型,选用声光布拉格衍射强度外调制方法进行调制,实现激光通信平台的搭建和实验。为了保证通信系统的顺利搭建和运行,首先对关键器件进行检测。本文对激光器的内外调制、声光调制器的调控方法以及简易通信系统分别进行了测试,测试结果表明激光器可接受频率低于30 k Hz的内调制,低于5 MHz的外调制;而声光调制器则能使用三种调控方式实现声光强度调制,分析对比选择了从调制端输入TTL电平信号的方法实现数字调制。单工通信方式应用广泛,搭建简单,本文最初搭建完整的单工通信系统,以2FSK调制方式,实现了基于声光外调制的无线激光串口通信实验,可无误码传送大量数字、字符,通信速率达115.2 kbit/s,实验最高载波为0.7 MHz。为了扩展FSO的应用领域,本文基于单工系统加以逆向光链路,搭建了逆向调制光通信系统。利用FPGA发出TTL电平对AOM进行控制,采用2FSK与2PWM调制相结合的四进制调制方法,同时使用CRC置换、改进的Hamming码等加密纠错方式,实现了室内逆向调制激光通信。实验表明,该系统的通信速率达230.4kbit/s,高频载波达1 MHz,且保密性良好,误码率低于10-6。在逆向系统上进行硬件改进,可进行双向通信,实现有指令的信息反馈。使用激光内外调制相结合的调制方法,选用不同的往返调制方式,最终搭建了下行速率最高达30 kb/s,上行速率不超过3 Mb/s的单光源双工通信系统。
【关键词】:激光通信 FPGA 单工通信 逆向调制 双工通信
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN929.1
【目录】:
  • 中文摘要3-4
  • 英文摘要4-9
  • 1 绪论9-19
  • 1.1 引言9
  • 1.2 课题研究背景9-11
  • 1.2.1 自由空间光通信的优势10
  • 1.2.2 自由空间光通信的劣势10-11
  • 1.2.3 自由空间光通信的应用11
  • 1.3 国内外研究现状11-17
  • 1.3.1 国外研究现状12-15
  • 1.3.2 国内研究现状15-17
  • 1.3.3 本实验室研究现状17
  • 1.4 本文的研究目的和研究内容17-19
  • 1.4.1 研究目的17
  • 1.4.2 研究内容17-19
  • 2 激光通信系统相关理论19-33
  • 2.1 激光通信原理19-23
  • 2.1.1 激光通信的总体原理模型19-20
  • 2.1.2 激光传输原理及激光的选择20-21
  • 2.1.3 激光传输模型21-23
  • 2.2 激光通信方式23-26
  • 2.2.1 单工与半双工通信23-24
  • 2.2.2 双工通信24-25
  • 2.2.3 逆向调制通信25-26
  • 2.3 激光调制方法26-32
  • 2.3.1 激光内调制26-28
  • 2.3.2 激光外调制28-32
  • 2.4 本章小结32-33
  • 3 总体方案设计与关键器件选测33-49
  • 3.1 总体方案设计33-36
  • 3.1.1 单工系统总体设计33-34
  • 3.1.2 逆向调制系统总体设计34-35
  • 3.1.3 双工通信系统35-36
  • 3.2 核心硬件的选择与测试36-47
  • 3.2.1 光源的选定与测试37-40
  • 3.2.2 调制器件的选定与测试40-46
  • 3.2.3 光电探测器的选定与测试46-47
  • 3.3 激光通信系统基本性能测试47-48
  • 3.4 本章小结48-49
  • 4 通信系统算法实现及仿真49-63
  • 4.1 系统基本算法原理49-54
  • 4.1.1 调制解调算法49-51
  • 4.1.2 纠错码编解码算法51-52
  • 4.1.3 加密解密算法52-54
  • 4.2 系统算法的实现与仿真验证54-62
  • 4.2.1 激光通信系统发射端模块软件设计54-59
  • 4.2.2 激光通信系统接收端模块软件设计59-62
  • 4.3 本章小结62-63
  • 5 通信系统平台搭建与实验63-73
  • 5.1 单工光通信系统63-66
  • 5.1.1 单工光通信系统平台搭建63-64
  • 5.1.2 单工系统通信实验64-66
  • 5.2 逆向调制激光通信系统66-69
  • 5.2.1 逆向通信系统平台搭建66-68
  • 5.2.2 逆向通信系统实验68-69
  • 5.3 双工光通信系统69-72
  • 5.3.1 双工光通信系统平台搭建70
  • 5.3.2 双工光通信系统实验70-72
  • 5.4 本章小结72-73
  • 6 总结及展望73-75
  • 6.1 论文总结73
  • 6.2 工作展望73-75
  • 致谢75-77
  • 参考文献77-81
  • 附录81

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