[發(fā)明專利]基于塑料光纖延長通信鏈路的水下無線綠光通信傳輸系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210595325.3
• 申請日: 2022-05-29
• 公開（公告）號: CN115102616A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王寶睿;周小林
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/80;H04B10/2575;H04B10/50;H04B10/516;H04B10/60
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于水下無線光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于塑料光纖延長通信鏈路的水下無線綠光通信傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明系統(tǒng)包括發(fā)射端、接收端以及傳輸信道；發(fā)射端包括電腦、波形發(fā)生器、放大器、激光二極管等；接收端包括光電探測器、示波放大器和電腦等；傳輸信道包括塑料光纖信道和水下信道。本發(fā)明發(fā)射端采用基于預(yù)均衡和比特分配算法的OFDM調(diào)制法，保持好的通信性能，緩解了綠色激光二極管的非線性效應(yīng)以及塑料光纖在高頻區(qū)域內(nèi)功率衰減和低信噪比的問題；本發(fā)明接收端利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解調(diào)估計信道狀態(tài)信息，解決了水下信道受到多徑散射影響造成的嚴(yán)重失真和干擾問題，使得能夠準(zhǔn)確的進行信道狀態(tài)信息的信道估計與符號還原。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下無線光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及水下無線綠光通信傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)

由于海洋蘊藏著大量的生物資源，水下無線通信一直是水下移動作業(yè)的熱點工作方式。與傳統(tǒng)的射頻通信和水下聲學(xué)通信相比，水下無線光通信技術(shù)擁有更豐富的頻譜資源、高傳輸率、更好的保密性和更強的抗干擾能力，有利于建設(shè)高速通信和彌補在傳輸實時性方面的不足，給5G、6G時代的移動通信領(lǐng)域背景下的研究人員帶來了借鑒，另外光通信在水下通信系統(tǒng)中的普及，水下藍綠光通信成為近年來水下通信的主流通信手段，隨著各種可見光收發(fā)器件的發(fā)展，使得水下無線光通信受到很大程度的研究關(guān)注。

一直以來，光纖通信已在高質(zhì)量信號傳輸方面取得無可質(zhì)疑的領(lǐng)先地位，但是將光纖通信和水下光無線通信結(jié)合起來的研究卻鮮少。

本發(fā)明設(shè)計一個融合的通信傳輸系統(tǒng)，為水下無線光通信提供了一個有前途的框架——一種塑料光纖（POF）-水下無線光通信（UWOC）融合通信系統(tǒng)，用于提供長距離自由空間和水下鏈路，使長距離自由空間和水下鏈路的優(yōu)勢得到發(fā)揮，以滿足對更靈活的水下環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用的更大需求。本發(fā)明介紹了一個采用520nm綠色激光二極管和塑料光纖的OFDM調(diào)制水下無線光通信系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種帶寬高、數(shù)據(jù)傳輸速率高、保密性強、耗能低和時延短的基于塑料光纖延長通信鏈路的水下無線綠光通信傳輸系統(tǒng)，以滿足更靈活的水下環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用需求。

本發(fā)明提供的基于塑料光纖延長通信鏈路的水下無線綠光通信傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，以及發(fā)射端和接收端之間的傳輸信道；所述發(fā)射端，包括依次連接的電腦、波形發(fā)生器、放大器、偏置器、激光二極管、透鏡；所述接收端包括依次連接的透鏡、光電探測器，示波放大器和電腦；傳輸信道包括依次連接的塑料光纖信道、透鏡和水下信道；塑料光纖信道和水下信道將發(fā)射端發(fā)射的光信號傳輸?shù)浇邮斩耍哥R用來聚光耦合；

所述發(fā)射端中：

所述電腦，用于原始發(fā)射數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、編碼和調(diào)制；

所述波形發(fā)生器，用于生成模擬信號波形；

所述放大器和偏置器，用來生成正極性信號；

所述激光二極管，將正極性信號驅(qū)動為綠色光信號；

所述透鏡，用來聚光耦合；

所述接收端中：

所述透鏡，用來聚光耦合；

所述光電探測器，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；

所述示波放大器，用來進行波形采集和放大；

所述電腦，用來處理后期接收信號樣本數(shù)據(jù)，進行解調(diào)、解碼和恢復(fù)數(shù)據(jù)。

進一步地，所述發(fā)射端中：

由電腦產(chǎn)生偽隨機比特數(shù)據(jù)，作為原始數(shù)據(jù)是一個二進制序列（PRBS），對其進行編碼，即由電腦端計算機軟件MATLAB產(chǎn)生特定的OFDM時域信號；然后進行調(diào)制，具體采用基于預(yù)均衡和比特分配的OFDM調(diào)制，具體流程為：

（1）在調(diào)制中，PRBS首先要經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換由串行二進制序列變?yōu)椴⑿卸M制序列，被映射為復(fù)數(shù)格式的M-QAM碼元；

（2）在系統(tǒng)中，將一半的OFDM子載波用來發(fā)送信號和導(dǎo)頻，然后將導(dǎo)頻序列以均勻間隔插入QAM碼元數(shù)據(jù)塊中；