Page 38 - 网络电信2020年5月刊上
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积与便携性，接收端设计和构建过程中的灵敏程度与便携性等 LED启动与关闭的使能信号。通过LED关启，信号被传输至大气
一系列因素。通信系统工作性能的优良不仅受到硬件实现的影 信道，这就是紫外光通信的整个过程。
响，还会受大气信道以及调制方式的影响。经过1中的时延分 以利用FPGA实现系统各个功能为目的，其中设置了串口通
析，基于FPGA构建的紫外光通信系统如图2(a)所示。 信单元、FIFO单元、调制解调单元以及同步单元等，如图2(b)
图2(a)中的紫外光通信系统主要包含FPGA模块、系统外围 所示。
电路、FPGA和PC机、FPGA和外围电路间接口等。 3.软件设计
通信系统的通讯程序为:PC机利用ＲS232和FPGA进行通信， 软件部分主要针对FPGA实现信号的调制和解调进行设计，
并传输数据。FPGA根据内部模块实现信号数据编码调制，并形 以更好地满足系统需求。其中，FPGA实现信号调制过程如图
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 3(a) 所示，实现信号解调过程如图3(b)所示。
(1) 信号调制。串行数据输入完成之后转换成并行数据，
图 3 FPGA 实现信号调制与解调过程示意图
基于数据值实行编码。采用帧的格式将信号传输出去。其中，
一帧数据的主要组成部分为同步帧头和数据段，且每一帧数据
中帧头与数据的构成为同步帧头和15个数据，各帧头所占据的
时隙为90个，各数据所占据的时隙为30个。另外，帧头中含有
时钟信息数据，在进行信号解调时，可指示出数据起始点，系
统运行中使用的时隙宽度为90个。
( 2) 信号解调。该操作是紫外光通信系统中非常重要的步
骤，其在实质上为调制操作的逆过程。在脉冲点调制解调过程
中最为关键的即为将时钟信息检测并提取出来，除了要明确数
据包的初始，还需要分辨得到脉冲详细位置，并实现帧和位的
同步 ［17－18］ 。
通过数字逻辑电路，能够减低该过程实现的复杂度，在本
文中，使用FPGA实现这一过程。由解调电路输入进去的信号滤
波完成，传输至系统运行中的时序逻辑电路中。时钟检测与提
取时，需要针对输入信号样本进行采集，以高精度捕获信号边
沿为目的，信号样本采集的时钟应尽量快速，同时为了协调系
统各功能模块中的时钟单元，推荐使用系统时钟。
当样本采集完成之后进行边沿识别，基于信号上升沿实现
本地时钟的同步，并对同步帧头进行识别检测，假设可以检测
到帧头，那么进行解调数据，同时将本地的计数器清零; 假设
没有检测到帧头，那么继续进行检测。
三、实验结果与分析
为了验证基于FPGA的紫外光通信系统整体运行性能，进
表 1 不同实验条件下的测试数据
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