短距離紫外光通信系統設計研究

闞　慶（哈爾濱華德學院，哈爾濱150025）

短距離紫外光通信系統設計研究

闞慶
（哈爾濱華德學院，哈爾濱150025）

紫外光通信是無線通信與光通信相結合的一種較新的通信技術，以光為載體，并不通過任何有形實體介質進行信息傳輸，在現有幾種解決“最后一公里”問題的技術中有很大優勢。基于日盲區段的紫外光通信與基于可見光波段的無線光通信技術，是近年來的研究熱點，并在無線光通信系統中引入并得到迅速發展，具有逼近香農限優良性能的“好”碼-LDPC信道編碼。

紫外光通信；LDPC；主控系統設計

Abstract∶UV communication is wireless communication to communicate with light combines a relatively new communication technologies to light as the carrier，not by any entity tangible medium of information transmission in several existing solve the“last mile”problem the technology has great advantages.UV-based communications segment blind date with a visible light-based optical wireless communication technology，the research focus in recent years，and the introduction and rapid development in wireless optical communication system with excellent performance close tothe Shannon limit“good”code-LDPCchannel coding.

Keywords∶UV-communication；LDPC；master systemdesign

1　紫外光通信

由于大氣中的臭氧層對從太陽福射過來的C波段（200 nm——280 nm）紫外光（UVC）具有很強的吸收作用，使得在地表日光UVC光功率非常微弱，形成所謂的日盲區200 nm——280 nm波段的太陽光福射相對較小，到達地表的UVC太陽福射尤其小。除太陽光背景干擾小之外，UVC波段光的另一大特點是大氣散射性強。由文獻可知∶大氣分子、氣溶膠和其他顆粒對此波段紫外光具有較強的吸收和散射作用，因此大氣對UVC波段的紫外光具有明顯的散射特性以及較大的路徑損耗。

2　紫外光通信系統的設計

目前無線光通信多采用光強度調制/直接探測（IM/DD）系統，其中主要考慮信道特性、傳輸可靠性、傳輸速率、組網技術。

整個通信系統總體可分為信息發送部分（源端）和信息接收部分（宿端）兩大部分。發送源端由數據緩存、信道編碼、信道調制器、占空比調節器和陣列驅動光源五個大的功能模塊組成；接收端系統的設計相比而言較為復雜，由PMT探測接收器、A/D轉換電路及數字濾波器、判決恢復電路、同步解調、信道譯碼等部分功能模塊組成。此外除了收發兩端的設備外，在光路部分還設計了光學模塊。

在發送端，緩存器將數據源發來的信息數據緩存，隨后將數據按組送入信道編碼器，進而對編碼處理后的數據進行調制，轉換成適合光路傳輸的基帶信號（本系統進行了DPIM/PPM/OOK調制處理）。

在信息發送部分，數據源發出的信息數據被緩存器緩存，隨后按組送入信道編碼器，隨后將經過編碼處理后的數據送入信道調制器進行調制，將其轉換成適合光路傳輸的基帶信號。再將該基帶信號經過占空比調整后送入驅動電路驅動紫外LED光源發光。

3　無線光通信系統中的主控系統設計

該通信終端作為發端∶在用戶確認將已寫入欲發送數據的SD卡插入單片機自帶SD卡插槽中后，用戶按下單片機開發板上功能鍵后（或系統自動）讀取SD卡指定文件夾中的文件序列并將其信息比特流通過USB端口發送給相連的下游設備，下游設備將按設定好的程序自動開始下一步動作。

作為收端∶單片機首先將驗證是否有可正常運行的SD卡，插入系統上的SD卡后，進入待機狀態。單片機系統從上游設備處接收到系統開始運行的信號后，從USB端口處接收數據流，并在單片機芯片的控制下，將從上游接收到的數據寫入SD卡中。

而收發兩端是可以根據通信環境的變化而進行通信角色的變化的，因此希望，最后制成終端是集成收發兩端的功能的。而該終端又會在特定情況下，比如直接對SD卡的數據存儲和讀取或者對終端機的檢查調試，通過USB連接PC機。此時該終端需要自動從USB協議的主機端轉為從機端，以便可以與PC機相連接并實現所需求的功能。

4　LDPC編碼通信仿真

4.1仿真模型總體設計

仿真模型總體主要分為以下幾個部分∶信源的信號產生器、對原始信號進行編碼的LDPC編碼器、AWGN信道仿真模型、對接收到的比特序列進行譯碼的LDPC譯碼器以及最后對接收到信息與原始信息進行比對的BER結果測量分析模塊。

4.2信源信號產生器仿真

信源信號產生器的設計簡單，直接利用Matlab工具，先隨機產生m個絕對值在（0，1）之間均勾的實數。再利用一個簡單的判決法則，當實數值小于0.5，就判為0；若大于0.5，便判為1。這樣就可以生成一串基帶為0，1的m位數字信號，并且隨機均匆分布，其中0，1個數分別約為整個序列的一半。并隨后將其轉化為方便隨后編碼運算的矩陣。

4.3LDPC碼稀疏校驗矩陣的構造

本文選擇了LDPC碼的標準編碼方法對LDPC編碼器模塊進行了編碼仿真。其實現步驟大致可分為∶

A.構造一個簡單的奇偶校驗矩陣，并將特定數目的1隨機放置在該矩陣的每一列上。

B.對每行中1的個數進行統計并對行重為0或1的行再隨機添加兩個1。

C.在所構建的矩陣中嘗試尋找并消除四環。

5　結語

利用嵌入式系統作為主控終端進行開發并最終應用于無線光通信中以進一步小型化通信系統終端；將LDPC信道編碼技術分別應用于紫外光無線通信系統和可見光無線通信系統中以獲得較高信道編碼增益，等等方面，均會對未來無線光通信技術產生深遠影響。

［1］鄧永紅.無線光通信技術綜述［J］.數字通信世界，2006，（02）：95.

［2］雷小明.日盲紫外自由空間通信調制系統的研究［D］.重慶大學，2008.

［3］樊慧萍.基于LED短距離光無線通信系統的設計和編碼的實現［D］.北京郵電大學，2011.

［4］Luo P，Zhang M，Han D，et al.Performance analysis of short-range NLOS UVcommunication system using Monte Carlo simulation based on measured channel parameters［J］.Optics Express，2012，（20）∶23489-23501.

Design of short-range ultraviolet communication system

KAN Qing
（Harbin Huade College，Harbin 150025，China）

TN913.33

A

1674-8646（2015）02-0026-02