為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離水下無(wú)線(xiàn)光通信,超高靈敏度的單光子雪崩二極管（Single Photon Avalanche Diode,SPAD）被研究作為光信號(hào)檢測(cè)器件。由于單光子探測(cè)器輸出離散的單光子脈沖信號(hào),傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)的信號(hào)解調(diào)技術(shù)并不能應(yīng)用在光子計(jì)數(shù)無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)中。此外,水下信道多變性、光量子效應(yīng)和光子探測(cè)的隨機(jī)過(guò)程會(huì)對(duì)遠(yuǎn)距離光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)的通信鏈路和性能產(chǎn)生影響。因此,本文針對(duì)水下光子計(jì)數(shù)無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)遠(yuǎn)距離通信的需求,圍繞光子計(jì)數(shù)無(wú)線(xiàn)光通信調(diào)制解調(diào)技術(shù)和可靠數(shù)據(jù)傳輸展開(kāi)研究,主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:1.提出了一種直接從SPAD輸出的離散隨機(jī)脈沖序列中恢復(fù)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的方法。在此基礎(chǔ)上,建立了一種新的通信模型,該模型不僅考慮了時(shí)隙中光子通量的波動(dòng)和光子檢測(cè)的量子效率,還考慮了由此引起的恢復(fù)時(shí)鐘的相位差。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了不同系統(tǒng)參數(shù)對(duì)平均誤碼率（Bit Error Rate,BER）的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)平均只有10個(gè)光子的情況下,可以實(shí)現(xiàn)誤碼率為3.51×10-4、波特率為1Mbps、最大理論通信距離為362m的水下光子計(jì)數(shù)通信。2.考慮到時(shí)隙內(nèi)光子數(shù)量的變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響... 

【文章來(lái)源】：南昌大學(xué)江西省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１水下光子計(jì)數(shù)無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置??

??第２章時(shí)鐘同步與數(shù)據(jù)提取方法????Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ?ｊ?０?０?０?１?０?１??ｓｉｇｎａｌ???????Ｉ?Ｉ????Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ??ｏｐｔｉｃａｌ?ｓｉｇｎａｌ??Ｓｉｔ：ｒ?“Ｉ?ｍ?ｉｉｉ??Ｔｉｍｅ－ｓｌｏｔ?Ｉ??ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ??ｃｌｏｃｋ???’?［??’?［?????Ｃｏｕｎｔ?ｖａｌｕｅ?—？￣￣〇￣？?Ｑ？－？－（Ｄ？？￣??Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ?｜??ｓｉｇｎａｌ??；?｜???????圖２．２光子計(jì)數(shù)無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)通信原理??２．２系統(tǒng)模型??２．２．１?ＬＥＤ發(fā)射光場(chǎng)與水下信道衰減模型??在光子計(jì)數(shù)無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)中，光信號(hào)應(yīng)該被看作是離散的光子流。由于光??子的聚束效應(yīng)，點(diǎn)亮ＬＥＤ時(shí)產(chǎn)生的光子流不是均勻分布而是泊松分布。假設(shè)每??個(gè)時(shí)隙內(nèi)的平均光子數(shù)量為／／，每個(gè)時(shí)隙內(nèi)ＬＥＤ發(fā)射《個(gè)光子的概率可以表示??為：??／３（？，／ｙ）?＝?＾－ｅｘｐ（－／／）?（２．１）??ｎ＼??其中＂?＝?＾７；／ｇ，?＿Ｐｓ表示ＬＥＤ發(fā)光功率，７；表示一個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度，石表示一個(gè)??光子的能量。??在純海水環(huán)境中，使用Ｂｅｅｒ?Ｌａｗ來(lái)描述光信號(hào)在水下的哀減特性。光彳§號(hào)??在接收端的功率６（幻＝以，其中表示光信號(hào)在水下信道中的總衰減系??數(shù)，Ｌ表示水下通信距離［５５—５６］。當(dāng)ＬＨ）發(fā)出的光子數(shù)ｎ等于均值／／時(shí)，單光子??探測(cè)器輸出的光子數(shù)可以表示為：??７??

鐘同步與數(shù)據(jù)提取方法???對(duì)應(yīng)的那路門(mén)控周期方波信號(hào)作為要恢復(fù)的時(shí)鐘信號(hào)。??（ａ）?１?１?１?｜?１?｜＿??（ｂ）?ｌｌｌｉｌ；?１１１?Ｈｉｌｌ?ｊｊｊｊ??Ｉ?■?＊?＊?｜?—??（〇?｜?趨鍾?！?ｊ?ｊ?ｊ?Ｉ??？Ｉ?＊??？…??（ｄ）?１?１?１?１?１?Ｌ??｜?ｔ）?ｉ????????（ｅ＞?１?１?！?１?Ｉ?１?１?１?—??ｌ?ｔ２１??（ｆ）?｜?［｜?｜?｜?｜?｜?｜?—??ｈ??圖２．３時(shí)隙同步時(shí)鐘恢復(fù)原理??⑷調(diào)制信號(hào)，（ｂ）單光子脈沖信號(hào)，（ｃ）理想時(shí)隙同步時(shí)鐘信號(hào)，（ｄ）第一路門(mén)控信號(hào)，（ｅ）第二??路門(mén)控時(shí)鐘信號(hào)，（ｆ）第三路門(mén)控時(shí)鐘信號(hào)。??２．３．２基于光子計(jì)數(shù)的信號(hào)解調(diào)方法??本章提出的數(shù)據(jù)恢復(fù)方法如圖２．４所示。基于ＦＰＧＡ的數(shù)字解調(diào)器包括邊沿??檢測(cè)模塊、計(jì)數(shù)器模塊和閾值判決模塊。具體的信號(hào)解調(diào)過(guò)程如下：首先，當(dāng)邊??沿檢測(cè)模塊檢測(cè)到時(shí)隙同步時(shí)鐘信號(hào)的上升沿和下降沿到來(lái)時(shí)，向計(jì)數(shù)器模塊??輸出一個(gè)標(biāo)志信號(hào)。然后，接收到邊沿檢測(cè)模塊輸出的標(biāo)志信號(hào)后，計(jì)數(shù)器復(fù)位??并重新統(tǒng)計(jì)該時(shí)鐘信號(hào)比特間隔內(nèi)的單光子脈沖數(shù)量。最后，閾值判決模塊通過(guò)??比較每個(gè)時(shí)隙同步時(shí)鐘信號(hào)內(nèi)的單光子脈沖數(shù)量和所設(shè)閾值的相對(duì)大小來(lái)決定??該時(shí)隙對(duì)應(yīng)的比特信息。從圖２．４中可以看出，所設(shè)閾值為２，當(dāng)時(shí)隙內(nèi)的單光??子脈沖數(shù)量大于或等于２時(shí)，閾值判決模塊延遲一個(gè)時(shí)隙同步時(shí)鐘間隔后輸出??高電平“１”，表明該時(shí)隙代表比特信息“１”；當(dāng)時(shí)隙內(nèi)的單光子脈沖數(shù)量小于２??時(shí)，閾值判決模塊延遲一個(gè)時(shí)隙同步時(shí)鐘間隔后輸出低電平“０”，表明該時(shí)隙代

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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