Page 31 - 网络电信2022年7/8月刊
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光    通    信

                1. OOK 调制方法                                      大采用  LMH6643运放芯片。另外,光纤激光发射模块主要实现已
                OOK 数字调制基本原理如图2所示。                               调信号的功率放大,这里采用了基于OPA690芯片的二级功率放大
                                                                 电路,并通过紫光  LED将已调信号发射出去,再由光通信接收单
              图2 OOK 数字调制原理
                                                                 元进行接收。
                                                                     2. 光通信接收单元硬件设计
                                                                     光通信接收单元主要完成对接收信号的解调,将接收到的
                                                                 已调信号解调为数字信号,以便接收机进行后续的信号处理。
                                                                 光通信接收单元主要由光电接收模块、精密放大模块、包络检
                                                                 波模块与整形电路模块构成。光电接收模块使用科扬光电公司
                                                                 APD  雪崩光电接收模块。由于光电接收模块所接收到的信号幅
                                                                 度较小,在包络检波前需要对其进行放大,本设计采用  OPA847精
                                                                 密放大器实现信号放大功能。由于包络检波后的波形是畸变的
                                                                 类方波,因此需要对其进行抽样判决。本文采用  TLV3501高速比
                                                                 较器,通过调整比较器电路的门限电压将包络检波波形整形为方
                图2中,s(t)为  调制信号,Acosω c t为载波信号,e ook (t)为已       波。
            调信号。OOK信号的产生方法主要有模拟调制法和数字键控法。
            本文中光通信系统使用数字键控法将基带信号s(t)调制到载波                            三．光通信图像传输系统软件设计
            上。OOK  调制是一种二进制数字调制,其载波的幅度仅有两种变                          在系统硬件设计的基础上,为了能够实现图像信息的有效
            化状态,即分别对应二进制信息0或1,其表达式为:                             传输,本文对光通信图像传输系统软件进行了设计。软件设计的
                                                                 基本思想:首先,将目标图片以  BMP格式进行软件  编  码,并  通
                                                            (1)  过 软 件 编 程 对 BMP 数 字 图 像 信 号 进 行OOK 调制,
                                                                 然后通过光通信发射系统将  BMP图像数据按字节发送,最后基于
                式中:e ook (t)表示  OOK  已调信号;Acosω c t  为载波信号,A     UART串口通信协议实现了光通信系统发射端与接收端之间图像
            表示信号幅度,ω c  表示载波频率。                                  数据的传输。
                2. OOK解调方法                                           1. BMP图像生成原理
                在接收到  OOK  已调信号后需要对其进行解调处理。OOK信                      由文献  [15] 知,BMP文件是由14字节的文件头、40字节的位图
            号的解调方法主要有非相干解调(包络检波)法与相干解调(同步                        信息头、颜色表与图形数据构成。其中,文件头主要描述了该
            检测)法,本文中光通信系统使用非相干解调法对接收信号进行                         BMP文件的类型、文件大小与位图起始位置信息;位图信息头描
            解调。非相干解调的基本原理如图3所示。                                  述了位图的尺寸信息;颜色表描述了位图中的颜色信息;图形数
                                                                 据存储了整张位图每一个像素点的像素值,按“低位在前”顺序
              图3 非相干解调工作原理                                       存储。BMP文件的生成过程如图4所示。

                                                                  图4 BMP文件生成过程








                二．系统硬件设计                                             2.OOK 调制软件设计
                依据光通信系统设计方案,利用立创EDA  软件分别对不同功                        依据图2所示的OOK调制原理,软件设计主要包括两个部分:
            能模块的硬件电路进行设计,具体硬件电路设计如下所述。                           基于  DDS编码器的载波信号生成与基于数字键控的已调信号生
                1. 光通信发射单元硬件设计                                   成。由文献    [16] 知,DDS编码器的原理可以描述为,创建一段长度的
                光通信发射单元主要完成载波频率为10MHz、信道容量为                      连续地址空间(通常取2M,M为正整数)以存储一个周期的正弦波
            115200bit的  OOK  已调信号生成。主要由  FPGADDS调制模  块           波形数据,然后通过调整系统时钟f clk 与频率控制字f word  实现任
            与光纤激光发射模块组成。其中,FPGADDS调制模块由  FPGA与                   意频率的正弦信号输出。最终,DDS输出正弦信号的频率f out 可以
            DAC信号调理电路构成。FPGA  主要实现直接数字频率合成器                      表示为:
            DDS的编码器功能,FPGA 型号为 EP4CE6E22C8;DAC信号调理电路
            主要实现已调信号的放大输出,DAC芯片型号为3PD5651E,其精度                                                                  (2)
            为10bit,电压 范 围 [-Amp,Amp](Amp 表 示信号幅值),信号放



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