短距离紫外光通信系统设计研究

阚　庆（哈尔滨华德学院，哈尔滨150025）

短距离紫外光通信系统设计研究

阚庆
（哈尔滨华德学院，哈尔滨150025）

紫外光通信是无线通信与光通信相结合的一种较新的通信技术，以光为载体，并不通过任何有形实体介质进行信息传输，在现有几种解决“最后一公里”问题的技术中有很大优势。基于日盲区段的紫外光通信与基于可见光波段的无线光通信技术，是近年来的研究热点，并在无线光通信系统中引入并得到迅速发展，具有逼近香农限优良性能的“好”码-LDPC信道编码。

紫外光通信；LDPC；主控系统设计

Abstract∶UV communication is wireless communication to communicate with light combines a relatively new communication technologies to light as the carrier，not by any entity tangible medium of information transmission in several existing solve the“last mile”problem the technology has great advantages.UV-based communications segment blind date with a visible light-based optical wireless communication technology，the research focus in recent years，and the introduction and rapid development in wireless optical communication system with excellent performance close tothe Shannon limit“good”code-LDPCchannel coding.

Keywords∶UV-communication；LDPC；master systemdesign

1　紫外光通信

由于大气中的臭氧层对从太阳福射过来的C波段（200 nm——280 nm）紫外光（UVC）具有很强的吸收作用，使得在地表日光UVC光功率非常微弱，形成所谓的日盲区200 nm——280 nm波段的太阳光福射相对较小，到达地表的UVC太阳福射尤其小。除太阳光背景干扰小之外，UVC波段光的另一大特点是大气散射性强。由文献可知∶大气分子、气溶胶和其他颗粒对此波段紫外光具有较强的吸收和散射作用，因此大气对UVC波段的紫外光具有明显的散射特性以及较大的路径损耗。

2　紫外光通信系统的设计

目前无线光通信多采用光强度调制/直接探测（IM/DD）系统，其中主要考虑信道特性、传输可靠性、传输速率、组网技术。

整个通信系统总体可分为信息发送部分（源端）和信息接收部分（宿端）两大部分。发送源端由数据缓存、信道编码、信道调制器、占空比调节器和阵列驱动光源五个大的功能模块组成；接收端系统的设计相比而言较为复杂，由PMT探测接收器、A/D转换电路及数字滤波器、判决恢复电路、同步解调、信道译码等部分功能模块组成。此外除了收发两端的设备外，在光路部分还设计了光学模块。

在发送端，缓存器将数据源发来的信息数据缓存，随后将数据按组送入信道编码器，进而对编码处理后的数据进行调制，转换成适合光路传输的基带信号（本系统进行了DPIM/PPM/OOK调制处理）。

在信息发送部分，数据源发出的信息数据被缓存器缓存，随后按组送入信道编码器，随后将经过编码处理后的数据送入信道调制器进行调制，将其转换成适合光路传输的基带信号。再将该基带信号经过占空比调整后送入驱动电路驱动紫外LED光源发光。

3　无线光通信系统中的主控系统设计

该通信终端作为发端∶在用户确认将已写入欲发送数据的SD卡插入单片机自带SD卡插槽中后，用户按下单片机开发板上功能键后（或系统自动）读取SD卡指定文件夹中的文件序列并将其信息比特流通过USB端口发送给相连的下游设备，下游设备将按设定好的程序自动开始下一步动作。

作为收端∶单片机首先将验证是否有可正常运行的SD卡，插入系统上的SD卡后，进入待机状态。单片机系统从上游设备处接收到系统开始运行的信号后，从USB端口处接收数据流，并在单片机芯片的控制下，将从上游接收到的数据写入SD卡中。

而收发两端是可以根据通信环境的变化而进行通信角色的变化的，因此希望，最后制成终端是集成收发两端的功能的。而该终端又会在特定情况下，比如直接对SD卡的数据存储和读取或者对终端机的检查调试，通过USB连接PC机。此时该终端需要自动从USB协议的主机端转为从机端，以便可以与PC机相连接并实现所需求的功能。

4　LDPC编码通信仿真

4.1仿真模型总体设计

仿真模型总体主要分为以下几个部分∶信源的信号产生器、对原始信号进行编码的LDPC编码器、AWGN信道仿真模型、对接收到的比特序列进行译码的LDPC译码器以及最后对接收到信息与原始信息进行比对的BER结果测量分析模块。

4.2信源信号产生器仿真

信源信号产生器的设计简单，直接利用Matlab工具，先随机产生m个绝对值在（0，1）之间均勾的实数。再利用一个简单的判决法则，当实数值小于0.5，就判为0；若大于0.5，便判为1。这样就可以生成一串基带为0，1的m位数字信号，并且随机均匆分布，其中0，1个数分别约为整个序列的一半。并随后将其转化为方便随后编码运算的矩阵。

4.3LDPC码稀疏校验矩阵的构造

本文选择了LDPC码的标准编码方法对LDPC编码器模块进行了编码仿真。其实现步骤大致可分为∶

A.构造一个简单的奇偶校验矩阵，并将特定数目的1随机放置在该矩阵的每一列上。

B.对每行中1的个数进行统计并对行重为0或1的行再随机添加两个1。

C.在所构建的矩阵中尝试寻找并消除四环。

5　结语

利用嵌入式系统作为主控终端进行开发并最终应用于无线光通信中以进一步小型化通信系统终端；将LDPC信道编码技术分别应用于紫外光无线通信系统和可见光无线通信系统中以获得较高信道编码增益，等等方面，均会对未来无线光通信技术产生深远影响。

［1］邓永红.无线光通信技术综述［J］.数字通信世界，2006，（02）：95.

［2］雷小明.日盲紫外自由空间通信调制系统的研究［D］.重庆大学，2008.

［3］樊慧萍.基于LED短距离光无线通信系统的设计和编码的实现［D］.北京邮电大学，2011.

［4］Luo P，Zhang M，Han D，et al.Performance analysis of short-range NLOS UVcommunication system using Monte Carlo simulation based on measured channel parameters［J］.Optics Express，2012，（20）∶23489-23501.

Design of short-range ultraviolet communication system

KAN Qing
（Harbin Huade College，Harbin 150025，China）

TN913.33

A

1674-8646（2015）02-0026-02