紫外光通信组网的关键技术研究

随着通信技术的发展，无线光通信技术在视距传输、宽带接入中有了新的发展机遇。工作在日盲波段的紫外光通信背景噪声小且能非视距传播，其缺点是传输衰减大和发射功率受限，而无线Mesh网络能够借助多跳的通信方式以更低的发射功率获得同样的覆盖范围，恰好可以弥补紫外光通信的缺陷。因此，对无线紫外光组网技术的研究非常必要，其所特有的问题有定向通信、角度感知、空间复用等。本项目拟研究紫外光散射通信的链路模型，并分析考虑紫外光信道特性的节点优化配置方法，使完成通信覆盖且成本低；提出紫外光散射信道定向性接入方法，根据不同业务需求提供可靠性接入；研究根据环境自动选择不同散射通信方式的自适应角度感知路由算法，不仅可以调整发送接收角度增加空间复用度，而且实现在单向链路环境中的可靠通信等关键科学问题。本项目的研究成果将为无线紫外光通信组成Mesh网络提供理论支撑和技术保障。

工作在日盲波段的紫外光通信背景噪声小且能非视距传播，其缺点是传输衰减大和发射功率受限，而无线Mesh 网络能够借助多跳的通信方式以更低的发射功率获得同样的覆盖范围，恰好可以弥补紫外光通信的缺陷。因此，对无线紫外光组网技术的研究非常必要。本课题系统的研究了无线紫外光组网通信中的关键问题。主要研究成果有：.1.根据大气对紫外光通信的吸收和散射特性，在LOWTRAN软件中对大气紫外光传输特性进行了仿真与分析。根据直视通信和非直视通信的原理，理论分析了紫外光单次散射下的覆盖范围。.2.建立了基于Monte Carlo方法的无线紫外光通信模型，模拟了光子的传输过程，并且对Monte Carlo模型的正确性进行了理论验证仿真结果与理论分析基本一致。.3.将PPM调制方式应用在无线紫外光通信中，设计了PPM信号帧同步。建立了无线紫外光通信的分集接收模型，仿真分析表明，该模型能够降低链路的路径损耗。.4.在NS2中建立了角度感知的无线紫外光通信节点模型，仿真分析了角度对无线紫外光通信网络性能的影响。.5.提出了无线紫外光非直视通信定向MAC协议，建立了该协议的通信模型，仿真分析了不同网络拓扑下的吞吐量和平均端到端时延。理论分析和仿真结果验证了该通信协议的可行性。.6.提出了无线紫外光多信道接入协议，建立了紫外光非直视多信道多接口通信模型，仿真分析了不同拓扑结构、不同通信方式和不同信道数情况下的网络吞吐量，验证了该模型的合理性。.7.对无线紫外光通信的发射端和接收端进行了设计与实现，利用FPGA设计了PPM调制系统。在该实验系统中实现了紫外光的语音和数据通信，通信效果良好。.本课题系统研究和分析了紫外光组网通信涉及的关键问题，设计实现了一套无线紫外光通信系统样机，为组网通信奠定了理论基础和提供技术支撑。