PPM水下激光通信同步技术的研究
水下激光通信技术及发展研究
• 89•目前水声技术是应用范围最为广泛且时间也是最长的水下无线通信技术。
但是随着发展的需求不断地提高，水声通信的短板也逐渐被揭示出来。
如传播延迟长、信号衰减大、多径效应严重、通信带宽有限等一些特性导致水声通信在水下通信网络设计面临巨大挑战。
在水下激光通信具带宽受环境影响小、可用载波频率高、传输时延小等特点，其具有水声通信所没有的优势。
水下激光通信采用450-570nm 的蓝绿光束，通过海水时不仅穿透能力强，而且方向性好。
水下激光通信传输速率高、实时性强，可以通过无线传输设备实时且高速传输给附近的移动接收设备。
水下激光通信拥有比水声通信更长的频带宽度、更大的通信容量，十分适合大数据传输，是未来水下通信的趋向。
因此水下激光通信是将来水下无线通信主要发展方向。
1 国内外发展自1980年，美国进行了多次海上大型蓝绿激光对潜通信试验，实验结果证明蓝绿激光能在极端天气及海水污浊等恶劣环境下可以进行常规通信。
澳大利亚2005年开始研发体积小成本低结构简单的蓝绿光学通信装置。
选用Luxeon ⅢLED460纳米的蓝光、490纳米的青光、520纳米的绿光，接收机方面选用了SLD-70BG2A 光电二极管，到2010年，在速度和稳定性兼顾的前提下，系统速率达57.6kbit/s 。
美国伍兹霍尔海洋研究所2009年研发利用键控调制技术（OOK ）在低功耗的蓝绿光发光二极管（LED ）的深海光学水下通信试样机器，最高可实现10Mbit/s 的通信传输速率。
但是该技术主要针对深海领域的水下通信，并没有考虑水下光学通信中环境对光学信号和信道的散射影响。
我国研究起步较晚，但也取得了几项重要成果。
中国海洋大学1998年和2009年采用半导体激光器在3m 和1.8m 的水箱中进行了不同水质不同频率的光传输实验，其传输数据率为9.6kbit/s 。
并对水下无线光通信系统的调制技术和差错控制技术进行了分析研究。
中国科学院沈阳自动化研究所研制了全向光通信模块，采用IrDA 协议。
水下无线通信网络研究与设计
水下无线通信网络研究与设计近年来，随着海洋经济的不断发展，水下工程日益增多，水下通信网络的需求与日俱增。
不论是测量海底地形还是水下油气开发，都需要可靠的水下通信网络支持。
但是，水下环境的复杂性使得水下通信存在着许多技术难题，如信号传输距离短、信号传播衰减大、水下干扰严重等。
本文将阐述水下无线通信网络的基本原理、技术难题及现有解决方案，并探讨未来水下无线通信网络的发展趋势。
一、水下无线通信网络的基本原理水下无线通信网络是指通过水下传感器、水下节点等设备在水下环境中组成的一种无线通信网络，其基本原理与地面无线通信网络类似。
一般来说，水下通信网络由以下几个组成部分：1. 水下节点：水下节点是指能够接收或发送信息的水下设备，可以是传感器、水下机器人等。
在水下无线通信网络中，水下节点相当于手机或电脑等终端设备。
2. 水下信道：水下信道指的是信号在水下传输过程中所经过的介质，也称为水下传播媒介。
水下信道的难点在于信号传输距离短、传播路径不稳定、海水对信号的衰减大等。
3. 水下中继器：水下中继器可以增强信号的传输距离和传输能力，在水下通信网络中起到增信、放大等作用。
在水下通信网络中，水下中继器相当于网络交换机。
二、水下通信网络存在的技术难题1. 信号传播距离短：由于水的折射率比空气大，水下信号的传播距离相对较短。
2. 信号传播路径不稳定：水下信道中的传播路径常常发生折射、散射等现象，这些现象会导致信号传播路径不稳定。
3. 海水对信号的衰减大：由于海水中含有各种离子、浮游生物及悬浮物，这些物质会吸收和散射信号，导致信号衰减大，传输信号失真。
4. 水下干扰严重：在水下环境中，机器人、鱼类、海藻等各种生物都会干扰水下信号的传播。
三、现有解决方案针对上述水下通信存在的技术难题，已有许多解决方案被提出，如下：1. 采用超声波通信：超声波在水中的传播速度高，传输距离比较远，可以对改善水下通信质量产生积极效果。
2. 采用激光通信技术：由于激光具有窄束衍射、波长短等特点，在海水中的传输距离几乎不受影响，其传输序列可以高达1Gbps。
水下光通信技术的研究现状及应用前景
科技文献综述竞赛论文题目：水下光通信技术的研究现状及应用前景姓名：张嘉敏，汤窈颖，谢露，吴琼专业：电子科学与技术指导教师：王石语水下光通信技术的研究现状及应用前景摘要：为了解、利用和开发海洋、湖泊等未知水领域，本文研究了水下光通信的两种方式及其应用前景，即水下光纤通信和水下激光通信。
水下光纤通信具有通信容量大、中继距离长、不受电磁干扰、资源丰富、光纤重量轻、体积小等特点。
而水下激光通信具有容量大，保密性好，传输速度快等优点，但是又由于其在水下传输时受到了水下诸多条件的影响，水下激光通信现在还只是在试验阶段，并未走出实验室而进行实际应用。
关键词：光通信；水下光纤通信；水下激光通信一、简介水下通信水下通信，主要指在淡水、海水中的通信。
像陆地上的通信一样，水下通信，也可分为有线通信和无线通信。
水下有线通信可以通过铺设海底光缆、海底电缆的手段实现。
由于电磁波在水中有很大的衰减，所以陆地上广泛使用的电磁波无线通信，在水中很难实现。
现在，水下无线通信主要利用声波、特殊波长的光进行无线通信，分别称为水声通信、水下无线光通信。
目前，水声通信技术是实现水下目标间无线通信的最成熟的技术。
但是，声波在水中的衰减和声波频率的平方成正比，当水声信号的频率为10MH在时，水声信号的衰减可以达到30dB/m，因此水声通信的频率低带宽小；另外，声波在水中传输速度慢，导致信号延迟大；海洋背景噪声大导致信噪比小。
因此，水声通信无法满足当前传感器网络、水下探测中普遍采用的视频、音频等信号的实时传输的需求；另外，水声系统设备昂贵、体积大、功耗大，也无法满足水下通信系统对小体积、低功耗以及低成本的需求。
水下无线光通信，是指利用蓝绿波长的光进行的水下无线光通信。
二、研究水下光通信的重要性海洋占地球表面积的70%以上，海洋中不但蕴藏着丰富的资源，而且对全球气候变化、人类经济以及社会发展都有着重大影响。
譬如，全球温室效应、地球上的生命起源、新资源、新能源、新生物基因、人类生存环境和社会的可持续发展等。
PPM水下激光通信同步技术的研究
邮局订阅号：82-946360元/年技术创新电子设计《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注PPM 水下激光通信同步技术的研究Study of Synchronization in PPM Underwater Laser Communication ASIC(桂林电子科技大学)邹家轩敖发良ZOU Jia-xuan AO Fa-liang摘要:水下激光通信由于信道的特殊性,对于调制解调的方式比常规的激光通信有独特地要求。
采用脉冲位置调制解调方式实现的水下激光通信系统兼顾了带宽利用率和功率利用率,有着巨大的应用前景。
考虑以往的脉冲位置调解系统都是板级电路,如何将系统单片集成化已成为一种趋势。
传统的脉冲位置解调系统有的是对频率要求较为苛刻,或者是采用了模拟器件,因此并不适合单片集成化。
针对脉冲位置通信的特点,提出了一种新特别的数字锁相环的解决方式,来实现PPM 信号的时隙同步,避免了传统的数字锁相结构由于调整时钟周期,而带来的逻辑延迟不足的风险。
同时针对激光通信的特点,也提出了一种新的帧同步解决方式。
最后的结果在Xilinx 的ML505上验证通过。
关键词:脉冲位置;同步;激光;全数字锁相环中图分类号:TN929.1文献标识码:BAbstract:Underwater laser communication has special demands in the method about modulated and demodulated on account of its specialty channel.Implementation underwater laser communication system utilized PPM is a compatible is an optimum future.It is a trend to make the whole system in an integrated circuit.The tradition PPM system is not suit for integration on a chip.It raised a new method to synchronization slot by using specify digital phase locked loop.It can reduce the risk of logic delay lack for tradi -tional DPLL change clock period .For laser communications,it provided a special way to synchronization frame .And The whole de -sign is verified in Xilinx ML505.Key words:PPM;Synchronization;Laser;DPLL文章编号:1008-0570(2010)01-2-0159-021引言在水下通信中,经常需要在不便或是不能部署线缆的场合下进行通信。
水下激光通信
海水的散射特性
海水的散射比大气的散射要复杂得多，海水的散射包括 水本身的瑞利散射和海水中悬浮粒子引起的米氏散射 及透明物质折射所引起的散射。 纯水的散射被当做是一种分子的散射，水分子的直径 比可见光波长小几百倍。而分子半径远小于入射光波长 的分子散射，可以用瑞利散射定律来描述。
瑞利散射（Rayleigh scattering）是由比光波波长还要小 的气体分子质点引起的。散射能力与光波波长的四次方成反 比，波长愈短的电磁波，散射愈强烈；如雨过天晴或秋高气 爽时，就因空中较粗微粒比较少，青蓝色光散射显得更为突 出，天空一片蔚蓝。瑞利散射的结果，减弱了太阳投射到地 表的能量，使地面的紫外线极弱而不能作为遥感可用波段； 使到达地表可见光的辐射波长峰值向波长较长的一侧移动， 当电磁波波长大于1微米时，瑞利散射可以忽略不计。
信道的香农极限（或称香农容量）指的是在会随机发生误码的信道上进 行无差错传输的最大传输速率。它的存在是香农定理在带宽有限的信道 上的一个结论。
由于声波在水中的衰减最小，水声通信适用于中长距离 的水下无线通信。在目前及将来的一段时间内，水声通信是 水下传感器网络当中主要的水下无线通信方式。但是水声通 信技术的数据传输率较低，因此通过克服多径效应等不利因 素的手段，达到提高带宽利用效率的目的将是未来水声通信 技术的发展方向。 水下光通信具有数据传输率高的优点，但是水下光通信 受环境的影响较大。克服环境的影响是将来水下光通信技术 的发展方向。
与水下声学通信技术相比，光学通信技术可以克服水下声学通 信的带宽窄、受环境影响大、可适用的载波频率低、传输的时 延大等不足。 首先，由于光波频率高，其信息承载能力强，可以实现水下大 容量数据传输，目前可见光谱的水下通信实验可以达到传输千 兆(Gbps)量级的码率； 其次，光学通信具有抗干扰能力强，不易受海水温度和盐度变 化影响等特点，具有良好的水下电子对抗特性； 第三，光波具有较好的方向性，如被拦截，会造成通信链路中 断，使用户会及时发现通信链路出现故障，因此具有高度的安 全保密性； 第四，光波波长短，收发天线尺寸小，可以大幅度减少发射与 接受装备的尺寸和重量，并且目前光电器件的转换效率不断提 升，功耗不断降低，这非常适合水下探测系统设计对有效载荷 小型化、轻量化、低功耗的要求。
水下光通信技术的研究与展望
水下光通信技术的研究与展望随着通信技术的快速发展，第五代移动通信(5G)的商业模式大规模普及的同时也使为数不多的频谱带宽几乎消耗殆尽，6G技术的发展势必要寻求新的频谱途径。
5G信号因其自身技术的限制和频谱的不足难以满足空天海地一体化的新型全场景覆盖通信网络的需要，6G技术为了弥补这些不足，实现一体化的新型通信网络需要寻找新的无线通信方式来补充传统单一的无线通信模式。
可见光通信相较于现有的通信技术，其最大的优点是频谱无需授权，有着极大的使用自由度。
可见光通信拥有高频段的频谱(400-800THz),适用于高速通信技术，且其安全性和保密性有着独特的优势。
可见光通信没有传统电磁通信所带来的电磁污染和射频辐射，也不会受到电磁干扰。
这些优势使得可见光通信技术成为了近年来各国争相研究的对象。
本文将首先介绍光通信技术的发展，着重介绍水下可见光通信技术的发展以及可见光通信的应用场景与所面对的挑战。
然后基于现阶段的研究提出一种成熟的水下可见光通信系统。
一、传统水下通信方式简析随着人类通信技术的发展，距离空天海地一体化的全方位通信目标的实现也越来越近，但水下通信依旧是现在难以解决的难题。
在现有的通信网络中，应用于海洋、水下场景的智能装备主要使用射频信号、声波等无线技术，或使用有线网络进行通信。
团水下有线通信水下有线通信多用于2个大规模水上平台与平台之间，通过铺设水下光缆的方式进行通信，如连接各国的大规模水下光缆网络。
有线通信可以保证高速的数据传输，每秒可以传IOOGbit以上，但水下光缆本身的安全性很难得到很好的保障且被损坏后很难修补。
水下有线通信笨重，成本高，无法满足未来6G时代水下通信的需求。
团水下射频信号通信海水对射频信号有非常强的屏蔽作用，射频信号穿透海水的能力与频率直接相关，只有低频率的射频信号如甚低频(3~30kHz)才能在海水中进行有限的传播。
潜艇等水下设备通常使用超低频和甚低频进行有限的通信，通信速率只有300b∕s左右。
蓝绿激光引信水下目标探测技术研究水下蓝绿激光引信通信技术初探
通信技术初探
目录
01 一、蓝绿激光水下目 标探测技术
03 参探
内容摘要
蓝绿激光引信水下目标探测技术及水下蓝绿激光引信通信技术初探 随着科技的不断发展，激光技术在军事和民用领域中的应用越来越广泛。其 中，蓝绿激光水下目标探测技术以其独特的优点，如高精度、高分辨率、抗干扰 能力强等，在海水水文勘测、水下潜艇探测、水雷探测、鱼群探测、海洋环境污 染监测等诸多军事以及民用领域具有广泛的应用前景。
2、蓝绿激光引信通信的关键技术
3.蓝绿激光引信通信技术的应用前景 水下蓝绿激光引信通信技术在军事和民用领域中具有广泛的应用前景。例如， 在军事方面，可以利用该技术实现水下潜艇之间的通信、水下武器平台之间的通 信等；在民用方面，可以利用该技术实现海洋环境监测数据的传输、海洋资源调 查数据的传输等。
参考内容
三、蓝绿激光水下通信技术的未来发展趋势
2、增强抗干扰能力：在复杂的海洋环境中，信号衰减和干扰问题仍然存在。 未来，可以通过研发更先进的信号调制和解调技术，提高蓝绿激光水下通信的抗 干扰能力。
三、蓝绿激光水下通信技术的未来发展趋势
3、扩大传输距离：目前蓝绿激光水下通信技术的传输距离仍然有限。未来， 通过提高激光器的功率和改进光学系统的性能，可以进一步扩大传输距离，满足 更远距离的通信需求。
三、蓝绿激光水下通信技术的未来发展趋势
4、结合其他技术：蓝绿激光水下通信技术可以与其他先进技术结合使用，如 人工智能、大数据、云计算等，实现智能化、高效化的水下通信。
三、蓝绿激光水下通信技术的未来发展趋势
5、推广应用：随着技术的不断成熟和完善，蓝绿激光水下通信技术将逐渐推 广应用到更多领域，如海洋生态监测、海洋救援、海底考古等。
国家自然科学基金 f0115 水下信息感知
国家自然科学基金 f0115 水下信息感知水下信息感知是指在水下环境中获取和分析各种信息的能力。
由于水下环境的复杂性和不可预测性，水下信息感知对于海洋科学、工程技术和国防安全等领域都具有重要意义。
因此，国家自然科学基金f0115项目旨在探索和研究水下信息感知的科学原理和技术应用。
水下信息感知的研究内容包括海洋观测技术、水下通信技术、水下图像处理和模式识别、水下声纳和激光测距等。
海洋观测技术是水下信息感知的基础，它通过测量水下环境的物理和化学参数，如水温、盐度、水质等，来获取对海洋环境的全面了解。
水下通信技术则是实现水下信息传输和远程控制的关键，包括声学通信、电磁通信和光通信等。
水下图像处理和模式识别则是利用水下图像数据分析和识别水下目标和地形特征，用于海洋资源勘探、海底地质调查和水下目标搜索等应用。
水下声纳和激光测距则是通过声纳和激光技术获取水下目标的距离和形态信息，用于海洋测量和水下导航等。
国家自然科学基金f0115项目的目标是提高水下信息感知的精度和效率，解决水下环境中的难题和挑战，为海洋科学和技术发展做出重要贡献。
该项目主要研究内容包括水下观测网络的构建和优化、水下通信技术的创新和改进、水下图像处理和目标识别算法的研究和应用、水下声纳和激光测距技术的发展和应用等。
项目组将采用多学科交叉研究的方法，整合水声、光学、电子和计算机等领域的专业知识和技术，实施集成化的水下信息感知系统。
水下信息感知的研究面临着许多具有挑战性的问题。
例如，水下环境的复杂和不可预测性使得水下观测设备和传感器的研发和应用受到限制。
水下通信技术的传输速率和可靠性也是一个关键问题。
此外，水下图像处理和目标识别的精度和效率需要进一步提高，以满足实际应用的需求。
此外，水下声纳和激光测距技术的精度和分辨率也需要进一步改进。
总之，水下信息感知是一个具有挑战性和重要意义的研究领域。
国家自然科学基金f0115项目的实施将为水下信息感知的科学原理和技术应用做出重要贡献，推动海洋科学、工程技术和国防安全等领域的发展。
水下激光通信技术的发展现状及趋势
水下激光通信技术的发展现状及趋势一、概述水下激光通信技术是一种利用激光光束进行水下通信的技术。
相较于传统的水声通信和电磁波通信，水下激光通信具有更高的传输速率和更低的延迟，因此在海洋勘探、海底管道布设、海底机器人等领域有着广泛的应用前景。
二、发展现状1. 技术成熟度不高由于水下环境复杂，如海水中存在浮游生物、沉积物等，这些都会对激光光束产生干扰。
因此，目前水下激光通信技术尚未达到成熟阶段，还需要进一步完善。
2. 传输距离受限由于水下环境的限制，目前实际应用中水下激光通信的传输距离较短。
但是随着技术的进步和改进，相信这个问题也会得到解决。
3. 应用范围逐渐扩大尽管目前水下激光通信技术尚未达到成熟阶段，但是在海洋勘探、海底管道布设、海底机器人等领域已经有了广泛的应用。
同时，随着技术的不断进步，相信其应用范围也会逐渐扩大。
三、技术原理水下激光通信技术是利用激光光束进行水下通信的一种技术。
其基本原理是利用激光器发射出的激光光束进行信息传输。
在传输过程中，需要将信息转换成数字信号，并通过调制方式将数字信号转换成模拟信号。
然后将模拟信号通过激光器发射出去，在接收端通过接收器将接收到的模拟信号转换成数字信号，再进行解调和解码等处理，最终得到原始信息。
四、关键技术1. 水下激光器水下激光通信技术的核心部件是水下激光器。
目前，市场上已经有了一些商业化的水下激光器产品，但是这些产品还存在着一些问题，如功率不足、稳定性差等问题。
因此，未来需要进一步研究和改进水下激光器的设计和制造工艺。
2. 全息成像技术全息成像技术是一种将三维物体信息记录在二维平面上的技术。
在水下激光通信中，可以利用全息成像技术进行信息传输，从而提高传输速率和传输距离。
3. 自适应光学系统自适应光学系统是一种能够自动调节光束形状和相位的系统。
在水下激光通信中，可以利用自适应光学系统来消除水下环境对激光光束的干扰，从而提高通信质量。
五、发展趋势1. 技术不断改进随着技术的不断改进和完善，相信水下激光通信技术将会越来越成熟，并且应用范围也会逐渐扩大。
激光水下PPM通信时隙同步器
激光水下PPM通信时隙同步器
王福昌;黄本雄
【期刊名称】《华中理工大学学报》
【年(卷),期】1995(023)010
【摘要】给出了一种新的用于激光水下通信的时隙同步器，分析了该同步器的工作原理和性能指标；给出了测试结果。
该时隙同步器结构简单、捕捉速度快、抗噪声性能好，可以满足信号检测与解调单元的要求。
【总页数】5页(P52-56)
【作者】王福昌;黄本雄
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.3
【相关文献】
1.大气激光通信中时隙同步器的DPLL设计 [J], 孙江峰;李俊霞
2.基于PPM-TDM技术的水下激光通信系统研究 [J], 郎磊;罗亚赛;贾倩;张若愚
3.PPM光通信相关式数字锁相环时隙同步器 [J], 尹冰琳;王福昌
4.PPM水下激光通信同步技术的研究 [J], 邹家轩;敖发良
5.激光通信数字环时隙同步器环路滤波器设计 [J], 何大可;王福昌
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水下激光通讯
助听器
水下激光
水下激光通信是指利用激光进行的海洋水下通 信。人们通过实践已经知道，激光具有很强的 穿透力，可以穿透海水直至海洋深处，尤其是 介于蓝光与绿光之间的激光，在2 000米水深 的海域中，透光程度达95%，如同光线可顺利 透过玻璃窗户那样， 这种现象称做海水的“蓝 绿窗口”。波长为430〜530毫米的蓝绿激光， 透过海水的能力远比其他波长的激光强，逬人 海水后也会发生散射现象，但散射光的衰减又 比非散射光小3倍，因此，它就能穿透较深的 海水。据有关资料介绍，一千瓦的蓝绿激光可 穿透海水达几百米，群射到海水中激光斑点面 积可达几百平方千米。因此，军事科#家认识 到可利用这种海水中的“蓝绿激光窗口”来实现 对潜艇通信。
艇进行定位，之后再使用激光通信手段
6 Part six
比
较
THANKS
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LOGO
水下激光通讯
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CONTENTS
水下激 光
1
民用
4
水下激 光特点
2
缺点
5
军事
3
比较
6
ห้องสมุดไป่ตู้
1 Part one 水下激光
发
现
“海水窗口”带来“助听器”
海水为什么会呈现蓝绿色，是因 为海水吸收了光谱中其他颜色的 光。20世纪70年代初，美国研究 人员率先发现了蓝绿色这一“海水 窗口”，进而巧妙利用一定波长的 蓝绿激光，由卫星或飞机中继， 使潜艇水下通信向前迈进了一步。
2 Part two 水下激光特点
特
点
特
点
3 Part three
军
事
。
基于PPM和RS码的无线光通信系统性能分析
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｃｏｄｉｎｇ ｄｏｓｅ ｎｏｔ ｎｅｃｅｓｓａｒｉｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ
进入９０年代后，随着大功率半导体激光器器件的研制成功、激光技术、光电 探测等关键技术和日益完善与成熟，以及空间通信需求的日益增加，无线光通信 重新唤起了人们的热情，在探索大容量、高数码通信的研究中自由空间光通信技 术悄然复苏并逐渐走向实用化【３】。１９８８年，巴西ＡＶＩＢＲＡＳ宇航公司研制出一种便 携式半导体自由空间光通信系统，其外形如一架双筒望远镜，在上面安装了激光 二极管和麦克风，将一端对准另一端即可通信，通信距离１ ｋｍ，如果将光学天线 固定下来，通信距离可达１５ｋｍ。１９８９年美国ＦＡＲＡＮＴＩ仪器公司研制出一种短距
ＰＰＭ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
Ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ
ｌ玛ｃｏｄｅ
西安电子科技大学 学位论文独创性（或创新性）声明
秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。
ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｐａｃｋｅｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ．Ｓｏ ｔｈｅ ＰＰＭ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｒｅ ｐｒｏｐｉｔｉｏｕｓ ｔｏ ｔｈｅ ＦＳＯ ｓｙｓｔｅｍｓ．
水导激光技术
水导激光技术引言水导激光技术是一种新兴的激光技术，通过在水中传输激光，可以在水下进行各种应用。
本文将对水导激光技术的原理、应用以及未来发展进行全面探讨。
原理水导激光技术主要依赖于激光在水中的传输特性。
相比于空气中的传输，水中激光传输存在着吸收、散射以及色散等问题。
这些问题限制了水下激光传输的距离和清晰度。
为了解决这些问题，研究人员提出了一系列的改进方法。
其中包括使用特殊的激光波长、优化激光束的聚焦以及应用波导等技术手段。
通过这些改进，水导激光技术可以在水下实现高效的传输和控制。
应用水下通信水导激光技术在水下通信方面具有巨大潜力。
传统的水下通信方式受限于声波传输的带宽和延迟，而激光通信可以提供更高的数据传输速率和更低的延迟。
此外，水导激光技术还可以用于水下无线传感器网络的建立，实现对水下环境的实时监测和数据传输。
水下成像水导激光技术在水下成像方面具有独特优势。
通过优化激光束的聚焦和采用适当的激光波长，可以实现在水下获得高清晰度和高对比度的图像。
这对于水下勘探、海洋生物研究以及水下工程等领域具有重要意义。
水下激光加工水导激光技术还可以应用于水下激光加工。
通过将激光聚焦在水下工件上，可以实现对水下材料的切割、打孔、焊接等加工操作。
这对于海底油气开采、水下管道维护等领域具有广阔的应用前景。
水下激光测量水导激光技术在水下测量方面也具有广泛的应用。
通过利用激光测距原理，可以实现对水下物体的距离、形状和运动等参数的高精度测量。
这对于海底地形测量、水下导航以及海洋生态研究等领域都具有重要意义。
发展前景水导激光技术作为一种新兴的激光技术，具有广阔的发展前景。
随着激光技术和光学材料的不断进步，水导激光技术的传输距离和清晰度将会有进一步的提高。
此外，水导激光技术与其他技术的融合也将带来更多的应用创新，推动相关产业的发展。
然而，水导激光技术在实际应用中还面临一些挑战。
例如，水下环境的复杂性、水中散射和吸收的影响以及激光与水下材料的相互作用等问题仍需进一步解决。
水下光通信技术介绍
水下光通信技术介绍随着海洋资源的开发和海底科学研究的深入，水下光通信技术的发展成为了不可避免的趋势。
水下光通信是利用光传输信息的一种通信技术，具有高速、大带宽、低能耗等优点，同时也面临着诸多挑战。
本文将对水下光通信技术的原理、应用和挑战进行介绍。
原理水下光通信的原理是利用光的传输来传递信息，其传输基本原理与光纤通信类似。
在海水中，光波会随着深度的增加而衰减。
因此，水下光通信中需要使用高功率的激光器，使光波能够在海水中长时间传输。
其主要组成部分包括激光器、光学透镜、探测器和调制器等。
数据信息通过调制器将数字信号转化为光信号，然后通过激光器发射出去，接收器将光信号转化为数字信号。
水下光通信需要抵抗水流等因素对光信号的干扰，因此，需要通过隔离、过滤等方式对光信号进行处理。
应用水下光通信技术在海洋工程、海洋研究、海底勘探和海洋生态监测等领域具有重要的应用价值。
首先，水下光通信可以实现海洋科学研究和海底资源开发的高速传输，使得海洋工程得以高效运作。
其次，水下光通信技术可以实现海洋环境远程监测和海洋生态保护，保障海洋生态的健康发展。
此外，水下光通信技术也可以被应用于海底油气管道、海底光缆、海底电力系统等领域，实现快速、高效、可靠的信息传输，为海洋资源开发提供技术支持。
挑战尽管水下光通信技术具有巨大的应用前景，但是其在实践应用过程中仍然面临着一些挑战。
其中，较大的损耗和衰减是水下光通信技术的主要挑战之一。
由于水的浑浊程度、水中悬浮物的质量、温度和盐度等因素的影响，光在水中会发生多次反射、折射和散射。
这些因素会对光的传输产生干扰，从而降低了水下光通信的传输速率和传输距离。
此外，在水下光通信的设计和制造过程中，还需要考虑防水、耐压和耐腐蚀等因素，这需要应用高品质的材料和先进的技术。
这些挑战都需要通过技术创新和优化来解决。
结论水下光通信技术是一种迅速发展的新型通信技术，具有巨大的应用前景。
通过高效传输信息实现海洋工程、海洋研究和海底资源开发等多种工作的高效运作，同时也需要克服诸多挑战，如应对水流干扰、降低损耗和衰减等问题。
无线光通信OOK、PPM、DPPM性能分析研究
无线光通信中PPM和DPPM调制方式的研究作者：常新栋Chang Xindong（电子工程学院，光电子技术系，电子科学与技术，1101班）指导老师：谢东华Xie Donghua(电子工程学院，光电子技术系，讲师）摘要：随着信息化社会的到来，通信技术也得到了日新月异的发展。
在过去的几年中，人们对传输速率的要求越来越高，使用高速率数据传输的用户数量每年都在递增，光纤通信因为能传输高速率的数据，成为广域通信网的骨干网络，如今在广域通信网中80%以上的信息是通过光纤传输的。
但是从光纤骨干网到用户之间的"最后一英里"，如果铺设光缆，不仅花费大而且耗时；许多无线通信技术可以解决"最后一英里"的问题。
在无线光通信技术中，为了保证链路的可靠稳定，必须要有很好的链路功率预算。
无线光通信普遍采用强度调制/直接检测（IM/DD）系统，其主要调制方式有开关键控（OOK），脉冲位置调制（PPM），差分脉冲位置调制(DPPM)，数字脉冲间隔调制（DPIM）和双头脉冲间隔调制（DH-PIM）等。
本文主要分析开关键控（OOK），脉冲位置调制（PPM），差分脉冲位置调制(DPPM)等调制方式的符号结构，发射功率，带宽需求和误时隙率。
关键词：无线光通信；开关键控调制（OOK）；脉冲位置调制（PPM）；差分脉冲位置调制（DPPM）；符号结构；发射功率；带宽需求；误时隙率Research on wireless optical communication Pulse Position Modulation andDifferential pulse position modulationAbstract:With the advent of information society, communication technology has also been rapid development. In the past few years, people have become increasingly demanding high transmission rate, using high-speed data transfer rate of the number of users increase every year, optical fiber communication because it can transmit high-speed data, a wide-area communications network backbone network, Now in wide-area communications networks for more than 80% of the information is transmitted through optical fibers. But from the optical fiber backbone network to the users ‘last mile’. If the laying of fiber optic cable, not only costly and time consuming and many wireless communication technology can solve the ‘last mile’problem．In the wireless optical communication technology, in order to ensure the stable and reliablelink, must have the good link power budget. Wireless optical communication is widely used in intensity modulation / direct detection (IM/DD) system, the main modulation with on off keying (OOK), pulse position modulation (PPM),differential pulse position modulation (DPPM), digital pulse interval modulation (DPIM) and dual header pulse interval modulation (DH-PIM). This paper mainly analyzes the on-off keying (OOK), pulse position modulation (PPM), differential pulse position modulation (DPPM) modulation symbol structure, transmission power, bandwidth requirement and slot error rate.Keywords: Wireless optical communication; on-off keying modulation (OOK); pulse position modulation(PPM); differential pulse position modulation (DPPM); symbols; power; bandwidth; the slot error rate1.简介无线光通信作为一种新型的通信技术,同时具有光纤通信和移动通信的优势，可实现宽带传输，组网机动灵活，无需频率申请，并且抗电磁干扰，保密性好，因此近年来对无线光通信的研究受到了广泛的重视。
海洋技术 水下通信技术的分类特征应用及其最新研究进展
海洋技术▏水下通信技术的分类、特征、应用及其最新研究进展海洋覆盖着地球三分之二的表面积，它是人类探索和研究的最前沿的领域之一。
海洋不仅在国际商业和渔业中扮演重要的角色，而且还包含了有关气候的信息，以及大量急待开发的资源。
水下无线通信是研制海洋观测系统的关键技术，借助海洋观测系统，可以采集有关海洋学的数据，监测环境污染，气候变化海底异常地震火山活动，探查海底目标，以及远距离图像传输。
水下无线通信在军事中也起到至关重要的作用，而且水下无线通信也是水下传感器网络的关键技术。
水下无线通信主要可以分成三大类：水下电磁波通信、水声通信和水下量子通信，它们具有不同的特性及应用场合。
一、水下电磁波通信⒈ 水下电磁波传播特点无线电波在海水中衰减严重，频率越高衰减越大。
水下实验表明：MOTE节点发射的无线电波在水下仅能传播50～120cm。
低频长波无线电波水下实验可以达到6～8m的通信距离。
30～300Hz的超低频电磁波对海水穿透能力可达100多米，但需要很长的接收天线，这在体积较小的水下节点上无法实现。
因此，无线电波只能实现短距离的高速通信，不能满足远距离水下组网的要求。
除了海水本身的特性对水下电磁波通信的影响外，海水的运动对水下电磁波通信同样有很大的影响。
水下接收点相移分量均值和均方差均与选用电磁波的频率有关。
水下接收点相移分量的均值随着接收点的平均深度的增加而线性增大，电场相移分量的均方差大小受海浪的波动大小影响，海浪运动的随机性导致了电场相移分量的标准差呈对数指数分布。
⒉ 传统的水下电磁波通信电磁波作为最常用的信息载体和探知手段，广泛应用于陆上通信、电视、雷达、导航等领域。
20世纪上半叶，人们始终致力于将模拟通信移至水中。
水下电磁通信可追溯至第一次世界大战期间，当时的法国最先使用电磁波进行了潜艇通信实验。
第二次世界大战期间，美国科学研究发展局曾对潜水员间的短距离无线电磁通信进行了研究，但由于水中电磁波的严重衰减，实用的水下电磁通信一度被认为无法实现。
利用激光技术探测水下目标的基本想法
利用激光技术探测水下目标的基本想法激光窃听技术在水声信号检测中的研究一．研究目的如何进行有效的水下声信号检测与处理一直以来都是各国研究的重点，当前使用的水下声信号检测与处理设备大多利用布放水中的水声换能器来进行检测，再利用后续信号处理电路进行处理，对于大范围的舰载/机载扫描检测多有不便。
迄今为止,已经投入使用或正在研制的很多水中目标探测设备的接收换能器往往都置于水中，换能器置于水中,就大大限制了水下目标探测设备的数据获取速率及探测的机动性。
我们都知道声波在水中的传播是最好的,而激光在空气中能很好地传播,如果我们在空中利用激光来检测水中声波,使两种物理场在水面处结合起来,就会形成较强的技术优势。
激光窃听器技术给了我们最初的启示，利用激光窃听技术实现对水中声源声信号探测使我们研究的方向。
激光水声探测技术可远距离、非接触地在空中平台上测量水表面的振动速度,进而获得水下声场振动频率,从而得到水下目标的声信号。
它在未来的海洋探测中具有巨大的应用前景。
二．研究内容现在国外已经成功研究出了激光窃听技术，其主要利用激光照射到目标玻璃、墙壁以及天花板等介质，所产生的反射及散射光经接收后进行相关处理，便可还原所窃听目标的声信息。
激光窃听，就是利用激光具有极好的相干性、方向性等特性，用一束极细的红外激光（红外激光不易被发现），射到被窃听房间的物体表面时，只要该物体自身具有极微弱的振动，它就会对被反射的激光产生出足以能进行探测的变化。
若用一束激光对准窗玻璃进行照射，其中的一部分将会穿过玻璃而另一部分则会被反射回来。
如果这时的玻璃因受到室内人讲话声波的作用而有微小的振动，那末被反射的激光也必定会受到这种振动的调制。
只要将其接收并进行解调，就可以得到与室内人说话声音相同的波形，从而窃听到室内的讲话内容。
这就是激光窃听器的工作原理。
将光学测量与水下声波探测技术结合起来，设计一个利用激光对声信号进行探测的系统，通过检测经水面位移幅度调制后的单模连续激光的反射光信号，检测引起水面振动的水下声信号。
激光水下PPM通信中的脉宽稳定技术研究
引 言
’
激光 水 下通 信系 统 中 ，光 信 号要经过 大 气 、云层 、空气／ 水界面 和海 水 。因此 ，复 杂 的信道 对光 信 海 号 的影 响 ， 方面 表现 在探测 器接 收到 的信号单 脉冲 能量的衰减 。 究表 明 ， 衰减起 主要 作用 的 是海水 。 一 研 对 另一 方面表 现在信 道 的散射特 性 ，因为蓝 绿激光 的波 与大气 、海水 中的各种 悬 浮粒子 的线度 接 近 ，故这 种散射 是米 氏散射 。理论和 实验 都证 明 了，散射 导致光 脉冲信 号的 时问扩展 对激 光通 信 的影响大 于能量衰 减 的影 响 ；而且 ． 水对 光 脉冲时 间扩展 的影响 小于 大气信道 。云层 的厚度 对光 脉冲 的 时间扩展 影 响最大 ａ 海
Ｔ ＡＮ ｎ ｑ ｎ ＣＨＥＮ ｉ Ｘｉ － ｕａ ， Ｒｕ
（ ｐ ｒ ｎ Ｅ ｅｔ ｎｃａ ｄＩ ｏｍ ｔ ｎＥ ｇｎ ｅｉ ， ａ ｈ ｎ Ｄｅ ａｔ ｔｆ ｌ ｒ ｉ ｎ ｆ ｒ ａｉ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｈｕｚ ｏ ｇ ｍｅ ｏ ｃｏ ｎ ｏ ｎ Ｕ ｉ ｒｉ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｃｎ ｌｇ ， ｈ ｎ４ ０ ７ ， ｈ ） ｎｖ ｓ ｙ ｃ ｎ ｅａ ｄＴ ｈ ｏｏ ｙ Ｗｕ ａ ３ ０ ４ Ｃ 口 ｅ ｔｏ ｅ ｆ ｅ
拟 实验表明，当 输入脉冲宽度变化范围为 ２ｎ ～５ ｓ ， 出脉冲宽度变化为 １ ５ ｓ ｓ 时 输 ０ — 。
关键词：激光通信 ；脉位调制；水下通信；时间扩展 中图 分类 号 ：Ｔ ２ ． Ｎ９ ９１ 文献标 识码 ＾
Ａ ｔ ｄ ｏ ｌｅＶ ｔ ｔ ｂ ｌ ａ ｉ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｑ ｅＵｓ ｄ ｉ Ｓ ｕ ｙｆ ｒＰｕ ｓ ｄ ｈ Ｓ ａ ｉ ｚ ｔｏ ｅ ｈ ｉ ｕ ｅ ｉ ｎ ＵⅡ ｅ ｗａ ｅ ｓ ｒＰ ｌｅＰ ｓｔ ｎ Ｍ ｏ ｕ ａ ｏ ｍｍ ｕ ｉａ ｉ ｎ ｄ ｒ ｔ ｒＬａ ｅ ｕ ｓ ｏ ｉ ｏ ｄ ｌ ｔ ｎ Ｃｏ ｉ ｉ ｎ ｃ ｔｏ
水下通信技术的研究与应用
水下通信技术的研究与应用在当今科技飞速发展的时代，水下通信技术成为了一个备受关注的研究领域。
无论是海洋资源的开发、水下军事活动，还是科学研究和探索，高效、可靠的水下通信都具有至关重要的意义。
水下环境与陆地和空中环境有着极大的差异，这给通信带来了诸多挑战。
首先，水的物理特性对电磁波有强烈的吸收和散射作用，使得无线电波在水下的传播距离非常有限。
其次，水的密度和压力会影响声波的传播速度和衰减程度，增加了信号传输的复杂性。
此外，水下的噪声干扰源众多，如海洋生物的活动、水流的流动等，这也给信号的准确传输带来了困难。
为了克服这些挑战，科学家们致力于研究多种水下通信技术。
其中，水声通信是目前应用较为广泛的一种方式。
水声通信利用声波在水中传播来传递信息。
声波在水中的传播速度相对较慢，约为1500 米每秒，但它能够传播较远的距离。
在水声通信中，发送端将需要传输的信息转换为声波信号，通过换能器将电信号转换为声信号发送出去。
接收端的换能器则将接收到的声信号转换为电信号，并进行后续的处理和解调，以恢复出原始的信息。
然而，水声通信也存在一些不足之处。
例如，声波的传播速度较慢，导致通信的延迟较大，不适合对实时性要求较高的应用。
此外，水声信道的多径效应和时变特性会导致信号的衰落和失真，影响通信质量。
为了提高水声通信的性能，研究人员采取了一系列措施，如采用自适应均衡技术来补偿信道的衰落，使用多输入多输出（MIMO）技术来增加通信的容量和可靠性。
除了水声通信，还有一些其他的水下通信技术也在不断发展。
例如，水下光通信利用可见光或红外线在水中传播来实现通信。
光在水中的传播速度快，通信带宽大，能够实现高速率的数据传输。
但光在水中的传播距离较短，容易受到水中杂质和悬浮颗粒的影响，限制了其应用范围。
另一种有潜力的水下通信技术是磁感应通信。
它利用磁场在水中的传播来传递信息，具有较低的衰减和较小的干扰，适用于近距离的水下通信。
水下通信技术在众多领域都有着广泛的应用。
5、无线光通信中的PPM调制
无线光通信中的PPM 调制汪井源 张正线Ξ关键词:脉冲位置调制,差分脉冲位置调制,传信率,判决解码【摘要】本文对3种脉冲位置调制(PPM )进行了分析,并将它们与OOK 调制作了比较。
对比了它们在无线光通信中应用中的优缺点,并提出了对单脉冲PPM 调制的2种判决方法。
目前的数字光通信系统大多设计为强度调制/直接检测(I M/DD )系统。
应用于强度调制/直接检测光通信系统中的调制方式有很多种,其中最一般的形式是开关键控(OOK )和曼彻斯特编码。
在OOK 系统中,通过在每一比特间隔内使光源脉冲开或关对每个比特进行发送。
这是调制光信号最基本的形式,只需使光源闪烁即可编码。
在曼彻斯特编码中,序列中每一比特由2个开关脉冲组成。
通常,光源由编码脉冲波形进行强度调制,同时直接检测接收机对强度调制后信号进行解码。
为了进一步提高传输通道抗干扰能力,应用于大气信道的光通信系统很多采用了脉冲位置调制(PPM )。
PPM 是一种正交调制方式,相比于OOK 调制方式,它的平均功率降低了,但是同时为此付出的代价是增加了对带宽的需求。
一、单脉冲脉冲位置调制 单脉冲脉冲位置调制(L -PPM ),是将一个二进制的n 位数据组映射为由2n 个时隙组成的时间段上的某一个时隙处的单个脉冲信号。
可见,一个L 位的PPM 调制信号传送的信息比特为log L 2。
如果将n 位数据组写成M =(m 1,m 2,Λ,m n ),而将时隙位置记为l ,则单脉冲PPM 调制的映射编码关系可以写成是Φ:l =m 1+2m 2+Λ+2n -1m n∈{0,1,Λ,n -1}(1)例如对于一个4-PPM 调制:若M =(0,0),则l =0;若M =(1,0),则l =1;若M =(0,1),则l =2;若M =(1,1),则l =3;0、1、2、3分别对应时隙位置,如图1所示。
图1 L -PP M 调制脉冲位置示意图·18·3汪井源 解放军理工大学助教 南京 210016 张正线 解放军理工大学副教授 南京 210016 可以看出,(1)式决定的映射Φ是一一映射,满足调制唯一性的要求。
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邮局订阅号：82-946360元/年技术创新电子设计《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注PPM 水下激光通信同步技术的研究Study of Synchronization in PPM Underwater Laser Communication ASIC(桂林电子科技大学)邹家轩敖发良ZOU Jia-xuan AO Fa-liang摘要:水下激光通信由于信道的特殊性,对于调制解调的方式比常规的激光通信有独特地要求。
采用脉冲位置调制解调方式实现的水下激光通信系统兼顾了带宽利用率和功率利用率,有着巨大的应用前景。
考虑以往的脉冲位置调解系统都是板级电路,如何将系统单片集成化已成为一种趋势。
传统的脉冲位置解调系统有的是对频率要求较为苛刻,或者是采用了模拟器件,因此并不适合单片集成化。
针对脉冲位置通信的特点,提出了一种新特别的数字锁相环的解决方式,来实现PPM 信号的时隙同步,避免了传统的数字锁相结构由于调整时钟周期,而带来的逻辑延迟不足的风险。
同时针对激光通信的特点,也提出了一种新的帧同步解决方式。
最后的结果在Xilinx 的ML505上验证通过。
关键词:脉冲位置;同步;激光;全数字锁相环中图分类号:TN929.1文献标识码:BAbstract:Underwater laser communication has special demands in the method about modulated and demodulated on account of its specialty channel.Implementation underwater laser communication system utilized PPM is a compatible is an optimum future.It is a trend to make the whole system in an integrated circuit.The tradition PPM system is not suit for integration on a chip.It raised a new method to synchronization slot by using specify digital phase locked loop.It can reduce the risk of logic delay lack for tradi -tional DPLL change clock period .For laser communications,it provided a special way to synchronization frame .And The whole de -sign is verified in Xilinx ML505.Key words:PPM;Synchronization;Laser;DPLL文章编号:1008-0570(2010)01-2-0159-021引言在水下通信中,经常需要在不便或是不能部署线缆的场合下进行通信。
这些场合包括:无线水下无人机器人,潜水员以及一些水下设备同陆基设备间的联系。
传统的水下无线通信方式,主要以长波(超长波)通信和声波通信方式为主。
然而这两种通信方式都有各自的局限:长波(超长波)通信方式的发射端极其巨大,信息传输速率慢;声波通信方式距离有限,通信保密性不强。
Jerlov 在参考文献中指出:海水对于波长范围在470nm-532nm 的激光吸收率最低。
该波长区间正好属于蓝绿激光的范围内。
由此水下激光通信因为能有效的解决通信距离,通信速率以及通信安全间的矛盾,成为近年来水下无线通信领域关注和研究的热点之一。
2水下激光通信的特点水下激光通信有两种不同应用需求:1.水下的单位通过激光来传输信息;2.水下单位与水平面以上的单位通过激光来传输信息。
水下激光通信的性能受水的清澈度制约。
水的清澈度受多种因素的影响,如水中浮游生物种群,水中溶解物,无机物沉淀,水的深度。
因此水下激光通信信道衰减大,需要一种通信方式兼顾高功率利用率和高带宽利用率。
3PPM 的特点及其在水下激光通信领域应用的优势PPM 采用断续的周期性脉冲为载波,载波受到调制信号的控制,脉冲的位置随之发生变化,不同位置的脉冲代表不同的信息。
在数字PPM 通信系统中,通信时间被分成宽度为T 的周期时间段,每时段被称为PPM 的一帧,每帧又被分成M 时隙,每个时隙占T 1秒。
其中前T Q 时间称为传信时段,后T D 时间不传信息称为静默时段。
一个时隙带信息的量为log 2M 比特。
图1参考文献中指出,当PPM 信号的静默时隙数大于或等于32时,有较高的功率利用率和带宽利用率。
考虑水下激光通信的特点,PPM 脉冲位置调制系统应用于水下激光通信系统的有着巨大的优势。
4水下激光PPM 系统同步的关键技术分析在常规数字通信系统中,数据帧结构的时隙宽度应该是等长的。
由于PPM 是利用脉冲在一帧中的具体时隙位置来表征数据,如何确定帧同步信息以及时隙同步信息是解调PPM 信号的关键。
PPM 信号的解调除了需要时隙信号进行同步,还需要帧与帧的间隔。
由图2可以看出,如果采用虚线的绘制的帧间隔和实线绘制的帧间隔,解调结果也存在极大不同。
邹家轩:硕士研究生159--技术创新《微计算机信息》(嵌入式与SOC )2010年第26卷第1-2期360元/年邮局订阅号：82-946《现场总线技术应用200例》电子设计图2当采用一个稳定的静态时钟来实现同步时,由于调制与解调双方时钟必然存在相位偏差,而且随着数据帧长度的增加,频率偏差更会导致相位偏差大小的趋于不确定。
因此采用能不断自我修正的动态时钟是解决收发端时钟偏差带来误判的一种有效方式。
Ger Ling 在参考文献5中提出过一种采用模拟锁相环来产生一个动态时钟取代静态时隙同步时钟,来解决上述问题。
5PPM 同步方式的实现5.1时隙同步的实现在接收端,虽然参考文献5的方法有效,但是采用了模拟器件,不便于将系统的在FPGA 下验证。
同时采用模拟锁相环需要厂商提供专有的硬核,往往需要支付不菲的费用。
采用数字锁相环可以便于数字系统的集成。
但传统的数字锁相环无法避免时钟偏移(time-skew),这种偏移会对后继的逻辑带来极大的影响。
图3分析了这种问题,并提出了解决的方案:本地时钟Local_clkA 与本地时钟Local_clkB 相位差异为半周期。
本地时钟分频后的数据驱动时钟分别为Slot_clkA,Slot_clkB 。
假设Slot_clkA,Slot_clkB 为负边沿有效。
传统的数字锁相环会在判断出相位的差异后,通过插入/删除计数脉冲的方式修改时钟周期,因此产生了在图3左侧的Slot_clkB 中虚线所示的周期变化。
图3左侧的Logic_timeA 明显短于Logic_timeB,由于修改了驱动时钟,供其他逻辑使用的时间明显变少。
如果该部分的设计中时序约束比较严格,预留的时序的冗余量不够,这样的条件就会导致时序破坏。
当然这样的情况是发生在锁相环锁定过程中,如果锁定完成后,就不会再发生同样情况。
然而实际的系统中除去相位误差同时也存在频率误差,当系统工作一段时间后,累积的频率误差又会导致相位误差,锁相再次进入锁定过程,又会再次诱发时序约束违例。
基于上述原因考虑采用DPLL(数字锁相环),但需要加以修改。
修改后的实现的方式采用为图3右侧的结构。
触发器带有同步使能端。
当发生相位差异时,通过调整同步脉冲的位置以获得相位同步。
两时相位存在半周期的差异时,调整的是同步脉冲,驱动时钟并未受到影响。
通过采用同步脉冲代替同步时钟,解决了由于同步时钟周期的动态调正带来的时序约束违例。
这样的实现方式便于综合工具进行综合,即使添加严格的时序约束,仍然不容易出现时序违例。
完整的DPLL 系统结构见图4。
PPM 通信中的脉冲占据的时间等于一个时隙同步时钟一个周期的时间。
通过判断接收到的PPM 信号的前后边沿与本地时隙同步脉冲的相差间隔,就能有效的确定的本地时隙同步脉冲与预定时隙同步脉冲的相位差异。
通过在脉冲的正边沿判断时钟相位差,调整时钟相位,使负边沿同步脉冲搬移到实线处。
由于采用的是脉冲信号来同步,在相位锁定后,调解双方的最大误差不会超过本地高频时钟的半个时钟周期。
图3图45.2帧同步及解调的实现传统的PPM 通信中常采用提取连续出现的背靠背的脉冲来获取帧同步信息,但实际上中这样的实现难度较大。
由于激光器存在开启和关闭时间,所以在水下激光通信中,系统会添加图1的T K 段所示静默时段,所以无法出现背靠背的脉冲。
因此转而采用面向连接的帧同步方式,即在通信建立之初连续发送若干个间隔等于帧长度的脉冲。
当连续检测到若干个间隔等于帧长度的脉冲时,就认为是进入了一次通信。
PPM 解调的方式采用最大似然法。
由于系统时钟的相位误差可由数字锁相环降低影响,假设频率偏差为±0.003%(实际中贴片晶振频率偏差不会大于0.003%),且等概分布。
当采用最大似然判决法时可以认为是先验概率相等情况,因此最大似然法等价于贝叶斯法则。
当满足如下条件:一帧的时间长度*0.006%<锁相环提供时隙脉冲间隔解调误判几率最低。
6性能结果分析图5显示了Xilinx 的ISE 仿真结果,输入时钟频率,模拟调解双方的频率偏差的情况。
图中的S_P_D_i 是调制端输入到PIT 的PPM 数据,R_P_D_o 是解调出的PPM 数据,Pluse_o 是调制端的输出脉冲。
由图可以看出,虽然收发双方由于频率偏差,时隙并不是严格对应的。
但由于利用了脉冲的边沿来同步,所以还是成功的实现了解调。
图57结论水下激光通信由于海水高衰减的信道特点,需要一种高效率的调制解调方式。
PPM 的调制解调方式具有较高的功率和带宽利用率,针对海水的信道特点,它是一种较好的选择。
本文针对PPM 通信中同步的问题,提出了一种改进结构的数字锁相法获取时隙同步时钟,既提高了系统集成度,又提高了传输效率。
同时根据在实际的激光通信中,由于背靠背脉冲不可能出现,因此提出了一种新的方式,实现帧信号同步。
最后的结果已经在Xilinx 的ML505上验证通过,正在进行TSMC0.18um 工艺下ASIC 的系统设计。
(下转第207页)160--邮局订阅号：82-946360元/年技术创新图像处理《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注和数学方法对笔迹的纹理信息进行鉴别,是笔迹识别领域最先进、研究前景最光明、识别效果最理想的的技术之一。
本文采用的基于纹理的笔迹识别方法与笔迹内容无关,训练和识别的笔迹样本可以包含完全不同的内容,不需要进行字符的分割以及字符相连部分的分析,如果待识别文稿含有的文字量很少,仍然可以通过预处理算法产生同一纹理进行字体识别,并且本算法不涉及复杂的计算,易于在实际系统中使用。