[发明专利]基于塑料光纤延长通信链路的水下无线绿光通信传输系统

说明书

本发明属于水下无线光通信技术领域，具体为一种基于塑料光纤延长通信链路的水下无线绿光通信传输系统。本发明系统包括发射端、接收端以及传输信道；发射端包括电脑、波形发生器、放大器、激光二极管等；接收端包括光电探测器、示波放大器和电脑等；传输信道包括塑料光纤信道和水下信道。本发明发射端采用基于预均衡和比特分配算法的OFDM调制法，保持好的通信性能，缓解了绿色激光二极管的非线性效应以及塑料光纤在高频区域内功率衰减和低信噪比的问题；本发明接收端利用深度神经网络来解调估计信道状态信息，解决了水下信道受到多径散射影响造成的严重失真和干扰问题，使得能够准确的进行信道状态信息的信道估计与符号还原。

技术领域

本发明属于水下无线光通信技术领域，具体涉及水下无线绿光通信传输系统。

背景技术

由于海洋蕴藏着大量的生物资源，水下无线通信一直是水下移动作业的热点工作方式。与传统的射频通信和水下声学通信相比，水下无线光通信技术拥有更丰富的频谱资源、高传输率、更好的保密性和更强的抗干扰能力，有利于建设高速通信和弥补在传输实时性方面的不足，给5G、6G时代的移动通信领域背景下的研究人员带来了借鉴，另外光通信在水下通信系统中的普及，水下蓝绿光通信成为近年来水下通信的主流通信手段，随着各种可见光收发器件的发展，使得水下无线光通信受到很大程度的研究关注。

一直以来，光纤通信已在高质量信号传输方面取得无可质疑的领先地位，但是将光纤通信和水下光无线通信结合起来的研究却鲜少。

本发明设计一个融合的通信传输系统，为水下无线光通信提供了一个有前途的框架——一种塑料光纤（POF）-水下无线光通信（UWOC）融合通信系统，用于提供长距离自由空间和水下链路，使长距离自由空间和水下链路的优势得到发挥，以满足对更灵活的水下环境监测应用的更大需求。本发明介绍了一个采用520nm绿色激光二极管和塑料光纤的OFDM调制水下无线光通信系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带宽高、数据传输速率高、保密性强、耗能低和时延短的基于塑料光纤延长通信链路的水下无线绿光通信传输系统，以满足更灵活的水下环境监测应用需求。

本发明提供的基于塑料光纤延长通信链路的水下无线绿光通信传输系统，包括发射端和接收端，以及发射端和接收端之间的传输信道；所述发射端，包括依次连接的电脑、波形发生器、放大器、偏置器、激光二极管、透镜；所述接收端包括依次连接的透镜、光电探测器，示波放大器和电脑；传输信道包括依次连接的塑料光纤信道、透镜和水下信道；塑料光纤信道和水下信道将发射端发射的光信号传输到接收端，透镜用来聚光耦合；

所述发射端中：

所述电脑，用于原始发射数据的产生、编码和调制；

所述波形发生器，用于生成模拟信号波形；

所述放大器和偏置器，用来生成正极性信号；

所述激光二极管，将正极性信号驱动为绿色光信号；

所述透镜，用来聚光耦合；

所述接收端中：

所述透镜，用来聚光耦合；

所述光电探测器，将光信号转换为电信号；

所述示波放大器，用来进行波形采集和放大；

所述电脑，用来处理后期接收信号样本数据，进行解调、解码和恢复数据。

进一步地，所述发射端中：

由电脑产生伪随机比特数据，作为原始数据是一个二进制序列（PRBS），对其进行编码，即由电脑端计算机软件MATLAB产生特定的OFDM时域信号；然后进行调制，具体采用基于预均衡和比特分配的OFDM调制，具体流程为：

（1）在调制中，PRBS首先要经过串并转换由串行二进制序列变为并行二进制序列，被映射为复数格式的M-QAM码元；

（2）在系统中，将一半的OFDM子载波用来发送信号和导频，然后将导频序列以均匀间隔插入QAM码元数据块中；