基于无线激光通信语音传输系统的设计

李佳林

摘 要

基于无线激光通信的原理，设计并研制出了一套以激光内调制为工作模式的无线激光通信语音传输系统装置，测量并分析了该系统的频率极限、幅频特性和动态特性，与其他无线激光通信实验装置相比，本装置易于携带、调节，使用更直观、方便。

【关键词】无线光通信 语音传输 激光内调制 幅频特性

无线激光通信是利用激光作为载波在空间直接进行语音、数据、图像等信息的双向传送的一种通信技术，它不使用光纤等导波介质，直接利用激光在大气或外太空中进行信号传递，是目前通信领域研究的热点之一。本文基于光通信基本原理，设计出一套无线激光语音通信系统，以激光内调制为工作模式，进行音频信号的传输。该系统体积小，易于携带、调节，使用更直观、方便。

1 基本理论

无线激光通信系统由发射系统、接收系统以及自由空间传输三部分组成。发射系统的核心部分包括：放大器、激光器、 A/D转换。接收系统的核心部分包括：光电探测器、低噪声前置放大器、D/A转换。探测器将接收到的微弱信号进行光电转换，由光信号转换为电信号进行输出，再经低噪声前置放大器进行放大、解码，还原为原来信号进行输出。

2 硬件设计

2.1 发射系统的硬件设计

发射端采用的电路板电压为5V，半导体激光器波长为650nm，其余器件的参数如图1所示。音频信号通过电容器C4送到三极管Q1的基极，使三极管的基极电流随着音频信号的变化而变化。这样使接在三极管集电极上的激光发射二极管中的电流受到音频信号的调制，把待传输的信号放大至激光管的线性工作区，加载到半导体激光器两端。

2.2 接收系统的硬件设计

接收发射端采用LM386芯片作为放大电路的核心部分，电路板电压为5V，光敏电阻选择硫化镉光敏电阻MG45，其余器件的参数如图2所示。其中电阻R7从输出端连接到V2的发射极，形成反馈通路，并且与R5和R6构成反馈网络。引脚7端接一个电解电容到地，起滤除噪聲的作用。

3 通信光路设计

由于实验是在实验室进行的，传输距离较短，故激光的发射角较小，只需在接收端的光电探测器前放置一个焦距为75mm，直径为25.4mm的双凸透镜作为接收天线，将光会聚到探测器的光敏面上。

4 性能测试

用信号发生器给一个通道输入正弦波，改变输入正弦波信号频率，同时在接收机的音箱处用示波器监测输出信号的幅度，用MATLAB软件作图得到图3所示的幅频特性，可以看出在频率f=2kHz时的幅度最大，大约为515mV。由于选取的半导体激光器和光探测器具有一定的响应时间和延时作用，因此此系统一定存在一个极限传输频率。我们测得该系统在信号频率大于20kHz时，出现了较为严重的失真现象。当输入正弦波信号频率f=1kHz时，改变输入正弦波信号幅度，测量输出信号幅度随之变化情况如图4所示，当输入信号大于6V时，输出信号基本保持不变，大约为700mV。

6 结论

自制了一套无线激光通信语音传输系统装置，传输的音质良好，测量并分析了该系统的频率极限、幅频特性和动态特性，用MATLAB绘制出了系统的传函曲线和动态特性曲线，截止频率大约为20kHz，传函曲线表明当信号频率f=2kHz时的幅度最大，动态特性曲线表明当输入信号大于6V时，输出信号基本保持不变，大约为700mV。

参考文献

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