紫外光通信專利分析及性能改進

劉義樂

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州　450002）

紫外光通信專利分析及性能改進

劉義樂

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州450002）

本文分析了國內有關紫外光通信的專利，梳理了技術發展路線，在此基礎上，為進一步提升非視距紫外（UV-NLOS）通信系統性能，將RS（18，10）糾錯編碼應用于紫外光通信并設計實驗進行測試。結果表明，RS碼帶來明顯的編碼增益，有效提升了系統性能。

專利分析；非視距紫外光；RS糾錯碼；誤碼率測試

在無線光通信系統中，由于200nm～280nm的C波段紫外光在地表是日盲區，因此備受關注，大氣中的分子和微粒對紫外光的散射特性使得紫外光可以實現非視距的通信［1］。實驗方面，用紫外激光器實現遠距離的通信，UVLED、紫外汞燈和低成本探測器等實用化通信上的探索。理論方面，紫外單散射模型和多散射模型逐步完善［2］。

1國內紫外光通信的專利分析

1.1光學器件的研究

2008年，蘇州德龍激光有限公司向國家知識產權局提出了一件“一種用于晶圓切割的紫外激光加工設備”的發明專利申請，申請號為CN200810124267.6；2012年，沈陽師范大學申請號為CN201210005299.0的發明專利，提出了一種利用偏振分光棱鏡和直角反射棱鏡實現藍、綠、紫外激光同時輸出的激光裝置。

探測器方面，2004-2006年間，中國科學院半導體研究所申請了氮化鎵基紫外探測器（CN200410033587.2）的專利，2010年中國科學院上海技術物理研究所申請了申請號為CN201010284488.7的具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器，2011年成都凱邁科技有限公司申請了一種高可靠性的紫外光電管（CN201110271456.8），此外2013-2014年間，吉林大學，清華大學也分別提出了一系列針對紫外光探測器的改進技術（CN201310210273.4，CN201410360909.8）。

2015年，浙江大學城市學院申請號為CN201510038290.3的專利根據堿金屬銣原子的紫外波段的能級躍遷譜線特性，實現了一種紫外原子濾光器。

1.2 通信系統的改進

2006年中國科學院上海光學精密機械研究所申請號為CN200610116264.9的專利公開了一種紫外光通信系統。2009年中國科學院空間科學與應用研究中心申請號為CN200910090155.8的專利引入了發散透鏡和APD陣列，2011-2014年，西安理工大學（CN201110135990.6）、北京郵電大學（CN201210076043.9）、中國人民解放軍國防科學技術大學（CN201210235544.7）分別提出了用以提高通信速率和距離的技術方案。

調制方面，2012年，北京郵電大學（CN201210246745.7）引入了擴頻通信，中國人民解放軍國防科學技術大學（CN201210282383.7）提出了控制偏振光的方法，中國科學院空間科學與應用研究中心（CN201410109608.8）提出了利用脈沖調制的技術。

組網方面，西安理工大學于2011年提出了紫外無線MESH網絡中基于蟻群的QoS優化路由方法（CN201110426046.6），并于2012年又提出基于令牌環技術的無線紫外光環網通信（CN201210540485.4），2013年中國人民解放軍重慶通信學院申請號為CN201310750756.3的專利在紫外光通信中嘗試了Ad-hoc網絡技術。

2　紫外光通信系統的性能改進

從分析結果來看，目前針對紫外通信的編碼研究還較少，尋找一種高性能編碼以提高紫外光的通信性能成為當前的必要。紫外光通信中最主要的損耗為路徑損耗，易出現突發差錯，而長組碼更易導致連續差錯，因此，短組碼更適合紫外光通信。RS編碼部分采用線性移位反饋寄存器構成的除法電路來實現。譯碼器采用流水設計，各模塊的功能由它的上一個模塊的計算結果而觸發［3］

2.1 實驗平臺改進

該平臺選用紫外LED作為光源，信號經過RS糾錯編碼，PPM調制送入LED驅動。接收端利用光電倍增管（PMT）探測信號，經A/D轉換和數字濾波后，進行解調和RS譯碼。

2.2 性能驗證

通信距離、收發仰角都是影響紫外光通信信噪比的重要因素。實驗在相同BER情況下，測試有無RS時所能達到的通信距離來衡量RS給通信系統所帶來的性能提升。

圖1 不同收發仰角下，有無RS時的BER測試

如圖1所示，實驗分別測試了不同收發仰角，逐漸增加距離時的BER結果。收發仰角為0°—0°，誤比特率為10-3時，無RS編碼的通信距離為30m，有RS時的距離達到了38m，距離增益為1.13dB。當誤比特率為10-4時，距離增益為1.3dB，誤比特率為10-6時增益為2dB。在通信狀況良好時，RS所帶來的增益較高，當BER不大于10-2時，RS仍可以帶來性能提升，當BER大于10-2時，信道惡化超出了糾錯范圍，系統性能將很難有所改進。

3　結語

本文基于專利分析的結果提出了將RS編碼應用于紫外光通信系統的方案，并設計實驗對RS增益進行驗證。結果表明，在信道狀況一定的情況下，RS編碼可以對紫外光通信系統的性能有顯著的提升，隨著信噪比的優化，RS碼所獲得的增益也將提高。

［1］W S Ross，R S Kennedy.An investigation of atmospheric optically scattered non-line-of-sight communication links［J］.Army Research Office Project Report，Research Triangle Park，NC，1980.

［2］H Ding，G Chen，A K Majumdar，etc.Modelingof non-lineof-sight ultraviolet scattering channels for communication［J］.IEEE J.Sel.Topics Comm，2009，27（9）：1535-1544.

［3］任友.RS碼編譯碼算法研究及其硬件實現［D］.成都：電子科技大學，2003.

Patent Analysis and Performance Improving of Ultraviolet Llight Communication

Liu Yile
（Patent Examination Cooperation Henan Center of The Patent Office，SIPO，Zhengzhou Henan 450002）

In order to trace the technology-line of ultraviolet（UV）communication system，An patent analysis have donewith thedomestic patents.For advanced improvingthecapability of thesystem，An error correction codingof RS （18，10）is designed and implemented on the UV communication experiment platform.The test results show that，an obviousgainisbrought tothesystemwithRScode.

patent analysis；UV-NLOS communication；RS code；BER

TN929.12

A

1003-5168（2016）06-0072-02

2016-5-17

劉義樂（1986-），男，碩士，研究實習員，研究方向：計算機通信。