紫外全向扩频通信的基础理论与实验研究

Ultraviolet (UV) communication, with characteristics of scattering propagation and non-line-of-sight (NLOS), however, is often difficult to technically achieve due to strong atmospheric decline. This project elevates Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) and spread spectrum communication the key field in bringing out optimization method of UV system. Therefore the study of the multipath effect mechanism and the anti-multipath fading methods based on spread spectrum UV signal and its characteristics will be of great significance. Aimed at omnidirectional UV communication, this project is based on model analysis and experimental test of related physical mechanism. With the main techniques such as MIMO, spread spectrum, etc., theoretical and experimental study of UV omnidirectional spread spectrum communication will be conducted. The function of MIMO architecture and spreading spectrum mechanism in UV transmission will be in-depth exploited under the help of accumulated group research results in modulation, coding and multi-receiver. This project intends to construct transmission theory and model of Monte Carlo UV omnidirectional communication under complex situation, to bring up MIMO scheme into omnidirectional system with high speed, to accurately propose all-digital phase synchronization algorithm for UV spread spectrum communication, to bring up and realize MIMO technique based on high-sensitivity array detection, and to proposed a signal processing algorithm which combines spectrum despreading with MIMO. The goal of the project is to establish an accurate UV multi-scattering transmission model and build up a MIMO test system so as to achieve UV spread spectrum communication in low BER.

紫外通信具有散射传播进而非视距的特点，但限于大气强衰落其非视距特点往往难以实现，而全方向的紫外通信更是紫外技术应用和组网的基础。本项目研究如何在紫外系统中使用多输入多输出（MIMO）和扩展频谱等技术，因此针对紫外扩频信号及其扩频特性的多径效应机理研究和抗多径衰落方法研究具有重要意义。 本项目以全向的紫外通信为目标，以相关物理机理的建模分析和实验测试为依据，以MIMO、扩频等为主要手段，展开紫外全向扩频通信的理论与实验研究。利用课题组在调制、编码及多接收方面积累的成果深入探索MIMO架构及扩频机制对紫外传输的作用机理。 本项目拟给出复杂环境下紫外全向通信的动态随参多散射信道理论模型，提出面向较高速率、全方向的紫外多输入多输出通信方案，完成针对紫外扩频通信的全数字方式的精准相位同步算法及紫外解扩和紫外多接收相结合的信号处理算法创新。目标建立准确的多散射紫外传输模型和基于MIMO的扩频通信系统。

A背景及主要研究内容. 空天地一体化的通信组网，紫外光通信作为地面网络的必要补充手段，在机动、灵活、隐蔽的中短距离无线通信中发挥作用。本项目以全向的紫外通信为目标，以相关物理机理的建模分析和实验测试为依据，以MIMO、扩频等为主要手段，展开紫外全向扩频通信的理论与实验研究，深入探索MIMO架构及扩频机制对紫外传输的作用机理。 本项目给出了复杂环境下紫外全向通信的动态随参多散射信道理论模型，提出了面向较高速率、全方向的紫外多输入多输出通信方案，完成了针对紫外扩频通信的全数字方式的精准相位同步算法及紫外解扩和紫外多接收相结合的信号处理算法创新。并且建立了准确的多散射紫外传输模型和基于MIMO的扩频通信系统。.B重要结果及潜在应用场景. 紫外波段光电传输应用上偏重面向全向动中通的各类军事特殊场景，主要关注：.（1）无线电静默或无线频谱资源紧张条件下zhan略机动转移过程中车辆编队之间、低速飞行器之间的窄带语音和数据通信；.（2）近岸通信传感网组网应用，紫外波段具有传感网所需的物理传输特质，利用低功耗、小带宽携带传感信息，易于敷设紫外传感网。.C关键问题及研究价值. 紫外波段光电传输技术的颠覆性突破在于全向、动中通和组网三方面：.1、紫外全向通信（180度/360度）的特性是红外、蓝绿光等频谱不具备的特性之一，可以成为红外传输的有效补充手段，用于跟踪捕获及预对准等；同时可以利用全向散射特性部署紫外传感网，形成全新的传感及组网技术手段。.2、紫外动中通是解决无线频谱资源紧缺且红外手段无法实现的关键技术能力，在单兵间通信、战车间通信、无人机/飞行器间通信、舰船间通信等具体应用场景已出现明确需求，亟待技术突破。.3、除了光电探测器件可采用国外进口器件外，紫外信号处理需研制自主核心芯片，自主核心芯片可保证紫外战术通信网的关键技术不被窃取，减小通信系统体积与功耗，是实现系统小型化、实用化的前提，需设需设计开发紫外传感器模型和自组织多跳网络部件。