CN102970069A - 一种紫外光分集接收系统及方法 - Google Patents

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韩大海
张楷
张民
焦璐
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Abstract

本发明公开了通信技术领域中的一种紫外光分集接收系统及方法。本发明包括用于发射紫外LED光的装置；用于接收紫外光信号的装置；和接收紫外光信号的装置连接的信号转换模块，用于对信号进行转换；和所述转换模块连接的信号处理电路，用于对信号进行处理。本发明利用多台接收紫外光信号的装置，显著提升信号的接收质量，降低了紫外光信号在自由空间传输中的信号衰落。

Description

一种紫外光分集接收系统及方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种紫外光分集接收系统及方法。
背景技术
由于无线频谱资源紧张，无线光通信的引入是对通信频谱的一次巨大拓展。在信息化技术布局中，宽带无线接入网络部署受限于电磁频谱这一有限资源。随着越来越多的无线电子设备接入到网络，频谱的拥挤愈加突现，电子设备之间相互干扰也愈加严重。
紫外光大气通信具有高抗扰、高灵敏、机动灵活等特点，可应用于复杂电磁环境下的区域通信，是近年来兴起的光通信与无线通信交叉的前沿探索技术。美国麻省理工大学林肯实验室研制了基于不同波段LED光源的用于短距离分布式无人监管地面传感器通信的紫外光通信系统，此系统可在十米范围内进行全向低速通信，受限于信道衰落及关键传输技术，现有系统还无法满足高速实时语音及数据通信的要求。美国加州大学滨河分校WIT实验室在紫外通信理论分析、实验系统进一步丰富了紫外光传输理论。
但受限于紫外光的物理特性以及空间光传输信道，紫外光传输距离和数据速率都非常有限，这有两方面的原因：首先，由于紫外光在自由空间传播收到强烈的瑞利散射，因此在自由空间传输过程中的信号衰落十分强烈，接收端信号检测十分困难；其次，受太阳短波灭菌紫外线UVC(波长200～275纳米)背景噪声和系统噪声的影响，使得在接收端的信噪比不理想，限制了传输速率和传输距离。针对基于紫外LED阵列光源以及PMT（光电倍增管）接收系统，目前还没有一种行之有效的方法能够显著的提升紫外光传输系统这方面的性能。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何对抗自由空间传输中的信号衰落，提升信号质量，提升传输距离和提高传输速率。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种紫外光分集接收系统，其特征是，该系统包括：
紫外LED阵列光源，用于向接收紫外光信号的方向发射紫外LED光；
多个光电倍增管，用于将接收到的紫外光信号转换为各路电信号；
和所述光电倍增管连接的A/D转换电路，用于对各路电信号进行转换，并发送给现场可编程门阵列；
和所述A/D转换电路连接的现场可编程门阵列，用于对接收到的各路信号进行合并，并进行信号恢复判决，得到最终的信号。
所述光电倍增管的数量是2个。
一种紫外光分集接收方法，其特征是，该方法包括：
S1：所述紫外LED阵列光源向接收紫外光信号的方向发射紫外LED光；
S2：所述多个光电倍增管分别将接收到的紫外光信号转换为各路电信号；
S3：所述A/D转换电路分别对所述各路电信号进行转换，并发送给所述现场可编程门阵列；
S4：所述现场可编程门阵列对接收到的各路信号进行合并，并进行信号恢复判决，得到最终的信号。
所述S4包括：
现场可编程门阵列通过等增益算法对接收到的各信号进行合并，并进行信号恢复判决，得到最终的信号。
（三）有益效果
本发明利用多台接收紫外光信号的装置，显著提升信号的接收质量，降低了紫外光信号在自由空间传输中的信号衰落，可以使紫外光通信系统信噪比提升2~3dB。相应的可以使传输距离提升1~1.5倍，或者传输速率提升1~1.5倍。
附图说明
图1是本发明的一个实施例结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明包括：
紫外LED阵列光源，用于向接收紫外光信号的方向发射紫外LED光；
多个光电倍增管，用于将接收到的紫外光信号转换为各路电信号；
和所述光电倍增管连接的A/D转换电路，用于对各路电信号进行转换，并发送给现场可编程门阵列；
和所述A/D转换电路连接的现场可编程门阵列，用于对接收到的各路信号进行合并，并进行信号恢复判决，得到最终的信号。
本发明方法包括：
S1：紫外LED阵列光源向接收紫外光信号的方向发射紫外LED光；
S2：多个光电倍增管分别将接收到的紫外光信号转换为各路电信号；
S3：A/D转换电路分别对各路电信号进行转换，并发送给所述现场可编程门阵列；
S4：现场可编程门阵列通过等增益算法对接收到的各信号进行合并，并进行信号恢复判决，得到最终的信号。
以下通过一个实施例对本发明进行说明：
为提升系统性能，采取双接收机分集接收技术对抗自由空间传输中的信号衰落，提升信号质量，可以显著提升传输距离或者提高传输速率。
本实施例提供一种基于两个接收机的信号接收方案，包括：紫外LED阵列光源、第一光电倍增管、第二光电倍增管、A/D转换电路和现场可编程门阵列。该现场可编程门阵列包括分集算法模块，用于实现的相应的分集接收数字信号处理部分。
此前的解决方案仅采用单接收机，利用调制格式和编码方式的创新提升传输距离和数据速率。发送信息序列与发射机部分并不做变化，仅对接收部分做改进。
本发明使用两个接收机，保证接收机间的设定距离以使信道互相独立。发射机产生的携带信息的紫外线光子，经过大气传输后，接收端使用第一光电倍增管、第二光电倍增管检测光子强度，并将光强转换成光电流的大小。光电流随后进入模拟数字转换接口，经过采样，将模拟信号转换为数字信号，经过滤波器后并合并为一路信号。进入分集算法模块，合并后进行信号恢复的判决。随后再经过解调、解码，最后对得到的信息序列进行检错和纠错，最后输出信号。
本发明的分集接收合并算法采用等增益算法（EGC）：对各路信号不做变化，直接合并为一路信号进行采样判决，提高信号信噪比，此算法实现简单，效果显著。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种紫外光分集接收系统，其特征是，该系统包括：
紫外LED阵列光源，用于向接收紫外光信号的方向发射紫外LED光；
多个光电倍增管，用于将接收到的紫外光信号转换为各路电信号；
和所述光电倍增管连接的A/D转换电路，用于对各路电信号进行转换，并发送给现场可编程门阵列；
和所述A/D转换电路连接的现场可编程门阵列，用于对接收到的各路信号进行合并，并进行信号恢复判决，得到最终的信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述光电倍增管的数量是2个。
3.一种利用权利要求1所述系统的紫外光分集接收方法，其特征是，该方法包括：
S1：所述紫外LED阵列光源向接收紫外光信号的方向发射紫外LED光；
S2：所述多个光电倍增管分别将接收到的紫外光信号转换为各路电信号；
S3：所述A/D转换电路分别对所述各路电信号进行转换，并发送给所述现场可编程门阵列；
S4：所述现场可编程门阵列对接收到的各路信号进行合并，并进行信号恢复判决，得到最终的信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述S4包括：
现场可编程门阵列通过等增益算法对接收到的各信号进行合并，并进行信号恢复判决，得到最终的信号。
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