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3．1 紫外光通信发射端设计
紫外光通信发射端设计主要是由发光模块和调制模块构成，其中发送模块光源的选取很关键，本系统采用紫外LED作为发射光源，具体为UV365～375 nm普亮标准型LED，其响应速度快，功率低，输出功率商，数据传输速率可达数MHz。数据编码电路的设计是由发射端对数据信号进行PCM编码，然后调制到紫外LED上进行传输，也就是完成电光转换部分。电光转换电路中采用芯片HD74HC00，稳压电路采用线性低压差稳压器LM1117通过电容滤除杂波得到稳定的3．3 V直流电源，保护电路采用稳压二极臂1N4728。LM358与9013构成负反馈结构，为系统提供较稳定的直流偏置电压，这样光源不会因为电流过大而永久损坏。由OOK信号作为该系统的调制信号输入，并由HD74HC00整形后驱动。电位器为电流反馈电路提供基准电压，从而对输出的信号幅值和偏置电压进行调整。
3．2 调制方式
调制就是把信号叠加到载波上。紫外光通信系统中的调制器是一种电光转换器，它使输出光束的某个参数(强度、频率、相位、偏振等)随电信号变化，完成光的调制过程。调制方式分为内调制和外调制2类。把被信息信号调制了的电信号直接加到光源(或电源)上，使光源发出随信息信号变化的光信号称为内调制。把调制元件(如光电晶体等)放刭光源之外，使被信息信号调制了的电信号加到调制晶体上，当光束通过晶体后，其光束中的某个参数(强度、频率、相位、偏振等)随电信号变化而变化，从而成为载有信息的光信号，这一过程称为外调制。无论是外调制还是内调制，每一种调制方法都有不同的调制形式。
本通信系统设计为强度调制／值接检测(IM／DD)系统。目前应用于强度／直接检测(IM／DD)系统的常用几种调制技术有：(1)开关键控(On-Off Key，OOK)；(2)脉冲位置调制(Pulse Position Modulation，PPM)；(3)差分脉冲位置调制(Differential Pulse Position Modula tion，DPPM)。紫外光通信效果的好坏，与系统信号调制方式也有很大关系。对于通信系统来讲，带宽越小越好，比较OOK、DPPM、PPM3种调制方式，在相同通信速率的条件下，OOK调制方式所需带宽最低，本系统采用OOK调制方法。
OOK是一种连续比特调制，其中“1”代表有脉冲，“0”代表没有脉冲。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。用Tb表示每比特连续时间段，Rb=1／Tb代表传输比特率。脉冲宽度为Tw，若每比特时间段与脉冲宽度占空比为x，则有Tw=xTb。当x1时，参考时钟可以通过对周期转换的传输比特序列进行滤波得到。OOK解
调是由积分清除滤波并阈值使它符合50％的脉冲能量。采用OOK调制对应的误码率、信噪比为：

其中，函数，Pr代表探测器接收到的能量，Pb代表探测器的背景干扰能量，PN代表探测器暗电流。背景光辐射是波长的函数，如前所述，波长低于280nm的波段可以忽略。探测器微粒噪声如下式所示：

这里，h是普朗克常量，ηqe是量子效率，B表示接收带宽。调制机制的带宽利用率是比特传输率与传输所需要带宽的比值。对于OOK调制，带宽利用率可以表示为：

当0x≤1时，占用了部分脉冲宽度；而x=1时，采用非归零码时，带宽利用率最高。
3．3 紫外光通信系统接收端设计
紫外光接收系统主要由北京滨松的R212型光电倍增管、滤光片和一些相关电路组成。紫外光信号在大气中经过多次散射和吸收，到达接收端时信号会非常微弱，并且在大气传输过程中会有噪声光的干扰，在进入光电倍增管探测器之前，紫外光信号首先会通过滤光片得到提纯，滤光片选取为270～360 nm带通滤波片，BPF-UB1T2滤波片光谱图如图2所示，由于R212型光电倍增管属于精密仪器，所以对微弱信号的检测能力较强，图3为光电倍增管光谱图。在检测具有高速脉冲的光信号时，通常使用具有50 Ω或75 Ω特性阻抗的同轴电缆，来连接光电倍增管和后续电路。为了使波形在传输中不失真，后续回路应与电缆的特性阻抗相匹配。接收端通过倍增管将接收到的光信号转化为电信号后进行整形放大并送处理芯片凌阳SPCE061A进行时钟提取和同步解调，最后输出数据信号。

在光电倍增臂易受干扰的340 nm以上波段的区域，通过带通滤光片的滤除作用使绝大多数噪声干扰都无法对系统造成影响，这样搭配能保证在现有的条件下实现最优的信号采集效果。光电倍增管采集到信号十分微弱，其本身输出的信号高低电平差很小，系统采用LM393作为判决芯片，使输出信号变成标准TTL电平，方便后续电路识别、整理。

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关键词： 系统 设计 实现 光通信 紫外 LED 无线 基于