Page 36 - 网络电信2020年5月刊上

一种低时延的紫外光通信系统设计

张 静，周美玉
华东理工大学

摘要：针对当前紫外光通信系统受时延限制，导致运行电压波动异常的问题，提出并设计基于FPGA的紫外
光通信系统。计算通信中时间延迟，依据系统整体发射端与接收端参数存在的差异性，划分通信模式，不同通
信模式下时延受紫外光通信距离、视场角度、发射束散角以及发射接收仰角影响。以时延相关参数分析结果为
依据，基于FPGA构建紫外光通信系统，系统包含外围电路、FPGA和PC机、FPGA和外围电路间接口等部分。系统
运行时，PC机利用ＲS232和FPGA进行通信，并传输数据。FPGA根据内部模块实现信号数据编码调制，并形成高
低电平传输至LED驱动单元，驱动单元将信号电平转换成LED启动与关闭的使能信号，通过LED关启，信号被传输
至大气信道，实现紫外光通信。软件以信号调制和解调为主进行设计。实验结果显示，与文献成果相比，所建
系统通信时延更低，具有可实践性。
关键词：低时延; 紫外光; 通信模式; FPGA

引言 中收发分离模式导致的系统灵活与可靠性问题，通过折反式结
当前，紫外光通信已经成为了光通信技术领域中新型研究 构，构建大视场角与收发为一体化的光学系统，将该系统应用
热点，其具有保密性能和抗干扰性能强等特性，越来越受到相 至紫外光通信中。利用紫外光通信系统的整体需求，提出光学
关人员的关注 ［1－2］ 。和传统无线通信技术对比，尽管其通信 系统运行的主要指标，采用光学软件 ZEMAX 实现系统的设计及
距离相对近，但不容易被跟踪。在其通信过程中，光波长度比 优化。目前紫外光通信系统相关研究成果在延迟等方面控制性
较短，而且非常容易散射，短距内能够实现非视距通信，适合 能待优化，提出并设计基于 FPGA 的紫外光通信系统。
应用至舰船和直升机群中。然而大气信道产生的脉冲传输延迟
对于高速传输信号影响很大，会直接影响通信接收终端信号质 二、紫外光通信系统
量，从而造成高误码率 ［3－4］ 。由于紫外光通信的优越性，该领 1.紫外光通信系统延迟分析
域研究人员纷纷投入到了相关研究中。 通信技术迅猛发展过程中，无线通信是其中不可缺少的部
江沛等人 ［5］ 将新型光源调制、反射式的天线以及滤光等技 分，然而其瓶颈也随着发展而逐渐明显，此时光通信优势日益
术相结合，设计并构建了长距离数据与语音数据传输系统，实 突显。其中，在紫外散射通信系统运行过程中，信道内部散射
现长距离的紫外光通信。张曦文等人 ［6］ 以弥补不同模式的紫外 元的数量和非直视散射整体结构相关，其中包含发射与接收机
光通信过程中耳聋问题为目的，通过空分复用下的多通道机间 仰角和发射束散角以及接收视场角等，利用式(1)的模型对通信
紫外光通信接入协议，设计并构建机间的紫外光通信模型。利 中时间延迟进行计算:
用在紫外节点位置设置多个不同方向紫外收集和发送信号的装
置完成多信道信号数据交换。吕照顺等人 ［7］ 对于紫外通信系统

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