紫外光通信专利分析及性能改进

刘义乐

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州　450002）

紫外光通信专利分析及性能改进

刘义乐

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州450002）

本文分析了国内有关紫外光通信的专利，梳理了技术发展路线，在此基础上，为进一步提升非视距紫外（UV-NLOS）通信系统性能，将RS（18，10）纠错编码应用于紫外光通信并设计实验进行测试。结果表明，RS码带来明显的编码增益，有效提升了系统性能。

专利分析；非视距紫外光；RS纠错码；误码率测试

在无线光通信系统中，由于200nm～280nm的C波段紫外光在地表是日盲区，因此备受关注，大气中的分子和微粒对紫外光的散射特性使得紫外光可以实现非视距的通信［1］。实验方面，用紫外激光器实现远距离的通信，UVLED、紫外汞灯和低成本探测器等实用化通信上的探索。理论方面，紫外单散射模型和多散射模型逐步完善［2］。

1国内紫外光通信的专利分析

1.1光学器件的研究

2008年，苏州德龙激光有限公司向国家知识产权局提出了一件“一种用于晶圆切割的紫外激光加工设备”的发明专利申请，申请号为CN200810124267.6；2012年，沈阳师范大学申请号为CN201210005299.0的发明专利，提出了一种利用偏振分光棱镜和直角反射棱镜实现蓝、绿、紫外激光同时输出的激光装置。

探测器方面，2004-2006年间，中国科学院半导体研究所申请了氮化镓基紫外探测器（CN200410033587.2）的专利，2010年中国科学院上海技术物理研究所申请了申请号为CN201010284488.7的具有AlGaN吸收层的热释电紫外探测器，2011年成都凯迈科技有限公司申请了一种高可靠性的紫外光电管（CN201110271456.8），此外2013-2014年间，吉林大学，清华大学也分别提出了一系列针对紫外光探测器的改进技术（CN201310210273.4，CN201410360909.8）。

2015年，浙江大学城市学院申请号为CN201510038290.3的专利根据碱金属铷原子的紫外波段的能级跃迁谱线特性，实现了一种紫外原子滤光器。

1.2 通信系统的改进

2006年中国科学院上海光学精密机械研究所申请号为CN200610116264.9的专利公开了一种紫外光通信系统。2009年中国科学院空间科学与应用研究中心申请号为CN200910090155.8的专利引入了发散透镜和APD阵列，2011-2014年，西安理工大学（CN201110135990.6）、北京邮电大学（CN201210076043.9）、中国人民解放军国防科学技术大学（CN201210235544.7）分别提出了用以提高通信速率和距离的技术方案。

调制方面，2012年，北京邮电大学（CN201210246745.7）引入了扩频通信，中国人民解放军国防科学技术大学（CN201210282383.7）提出了控制偏振光的方法，中国科学院空间科学与应用研究中心（CN201410109608.8）提出了利用脉冲调制的技术。

组网方面，西安理工大学于2011年提出了紫外无线MESH网络中基于蚁群的QoS优化路由方法（CN201110426046.6），并于2012年又提出基于令牌环技术的无线紫外光环网通信（CN201210540485.4），2013年中国人民解放军重庆通信学院申请号为CN201310750756.3的专利在紫外光通信中尝试了Ad-hoc网络技术。

2　紫外光通信系统的性能改进

从分析结果来看，目前针对紫外通信的编码研究还较少，寻找一种高性能编码以提高紫外光的通信性能成为当前的必要。紫外光通信中最主要的损耗为路径损耗，易出现突发差错，而长组码更易导致连续差错，因此，短组码更适合紫外光通信。RS编码部分采用线性移位反馈寄存器构成的除法电路来实现。译码器采用流水设计，各模块的功能由它的上一个模块的计算结果而触发［3］

2.1 实验平台改进

该平台选用紫外LED作为光源，信号经过RS纠错编码，PPM调制送入LED驱动。接收端利用光电倍增管（PMT）探测信号，经A/D转换和数字滤波后，进行解调和RS译码。

2.2 性能验证

通信距离、收发仰角都是影响紫外光通信信噪比的重要因素。实验在相同BER情况下，测试有无RS时所能达到的通信距离来衡量RS给通信系统所带来的性能提升。

图1 不同收发仰角下，有无RS时的BER测试

如图1所示，实验分别测试了不同收发仰角，逐渐增加距离时的BER结果。收发仰角为0°—0°，误比特率为10-3时，无RS编码的通信距离为30m，有RS时的距离达到了38m，距离增益为1.13dB。当误比特率为10-4时，距离增益为1.3dB，误比特率为10-6时增益为2dB。在通信状况良好时，RS所带来的增益较高，当BER不大于10-2时，RS仍可以带来性能提升，当BER大于10-2时，信道恶化超出了纠错范围，系统性能将很难有所改进。

3　结语

本文基于专利分析的结果提出了将RS编码应用于紫外光通信系统的方案，并设计实验对RS增益进行验证。结果表明，在信道状况一定的情况下，RS编码可以对紫外光通信系统的性能有显著的提升，随着信噪比的优化，RS码所获得的增益也将提高。

［1］W S Ross，R S Kennedy.An investigation of atmospheric optically scattered non-line-of-sight communication links［J］.Army Research Office Project Report，Research Triangle Park，NC，1980.

［2］H Ding，G Chen，A K Majumdar，etc.Modelingof non-lineof-sight ultraviolet scattering channels for communication［J］.IEEE J.Sel.Topics Comm，2009，27（9）：1535-1544.

［3］任友.RS码编译码算法研究及其硬件实现［D］.成都：电子科技大学，2003.

Patent Analysis and Performance Improving of Ultraviolet Llight Communication

Liu Yile
（Patent Examination Cooperation Henan Center of The Patent Office，SIPO，Zhengzhou Henan 450002）

In order to trace the technology-line of ultraviolet（UV）communication system，An patent analysis have donewith thedomestic patents.For advanced improvingthecapability of thesystem，An error correction codingof RS （18，10）is designed and implemented on the UV communication experiment platform.The test results show that，an obviousgainisbrought tothesystemwithRScode.

patent analysis；UV-NLOS communication；RS code；BER

TN929.12

A

1003-5168（2016）06-0072-02

2016-5-17

刘义乐（1986-），男，硕士，研究实习员，研究方向：计算机通信。