基于單LED的無線紫外光通信系統設計與實現
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3．1 紫外光通信發射端設計
紫外光通信發射端設計主要是由發光模塊和調制模塊構成，其中發送模塊光源的選取很關鍵，本系統采用紫外LED作為發射光源，具體為UV365～375 nm普亮標準型LED，其響應速度快，功率低，輸出功率商，數據傳輸速率可達數MHz。數據編碼電路的設計是由發射端對數據信號進行PCM編碼，然后調制到紫外LED上進行傳輸，也就是完成電光轉換部分。電光轉換電路中采用芯片HD74HC00，穩壓電路采用線性低壓差穩壓器LM1117通過電容濾除雜波得到穩定的3．3 V直流電源，保護電路采用穩壓二極臂1N4728。LM358與9013構成負反饋結構，為系統提供較穩定的直流偏置電壓，這樣光源不會因為電流過大而永久損壞。由OOK信號作為該系統的調制信號輸入，并由HD74HC00整形后驅動。電位器為電流反饋電路提供基準電壓，從而對輸出的信號幅值和偏置電壓進行調整。
3．2 調制方式
調制就是把信號疊加到載波上。紫外光通信系統中的調制器是一種電光轉換器，它使輸出光束的某個參數(強度、頻率、相位、偏振等)隨電信號變化，完成光的調制過程。調制方式分為內調制和外調制2類。把被信息信號調制了的電信號直接加到光源(或電源)上，使光源發出隨信息信號變化的光信號稱為內調制。把調制元件(如光電晶體等)放剄光源之外，使被信息信號調制了的電信號加到調制晶體上，當光束通過晶體后，其光束中的某個參數(強度、頻率、相位、偏振等)隨電信號變化而變化，從而成為載有信息的光信號，這一過程稱為外調制。無論是外調制還是內調制，每一種調制方法都有不同的調制形式。
本通信系統設計為強度調制／值接檢測(IM／DD)系統。目前應用于強度／直接檢測(IM／DD)系統的常用幾種調制技術有：(1)開關鍵控(On-Off Key，OOK)；(2)脈沖位置調制(Pulse Position Modulation，PPM)；(3)差分脈沖位置調制(Differential Pulse Position Modula tion，DPPM)。紫外光通信效果的好壞，與系統信號調制方式也有很大關系。對于通信系統來講，帶寬越小越好，比較OOK、DPPM、PPM3種調制方式，在相同通信速率的條件下，OOK調制方式所需帶寬最低，本系統采用OOK調制方法。
OOK是一種連續比特調制，其中“1”代表有脈沖，“0”代表沒有脈沖。在OOK系統中，通過在每一比特間隔內使光源脈沖開或關對每個比特進行發送。這是調制光信號最基本的形式，只需使光源閃爍即可編碼。用Tb表示每比特連續時間段，Rb=1／Tb代表傳輸比特率。脈沖寬度為Tw，若每比特時間段與脈沖寬度占空比為x，則有Tw=xTb。當x1時，參考時鐘可以通過對周期轉換的傳輸比特序列進行濾波得到。OOK解
調是由積分清除濾波并閾值使它符合50％的脈沖能量。采用OOK調制對應的誤碼率、信噪比為：
其中，函數
，Pr代表探測器接收到的能量，Pb代表探測器的背景干擾能量，PN代表探測器暗電流。背景光輻射是波長的函數，如前所述，波長低于280nm的波段可以忽略。探測器微粒噪聲如下式所示：
這里，h是普朗克常量，ηqe是量子效率，B表示接收帶寬。調制機制的帶寬利用率是比特傳輸率與傳輸所需要帶寬的比值。對于OOK調制，帶寬利用率可以表示為：
當0x≤1時，占用了部分脈沖寬度；而x=1時，采用非歸零碼時，帶寬利用率最高。
3．3 紫外光通信系統接收端設計
紫外光接收系統主要由北京濱松的R212型光電倍增管、濾光片和一些相關電路組成。紫外光信號在大氣中經過多次散射和吸收，到達接收端時信號會非常微弱，并且在大氣傳輸過程中會有噪聲光的干擾，在進入光電倍增管探測器之前，紫外光信號首先會通過濾光片得到提純，濾光片選取為270～360 nm帶通濾波片，BPF-UB1T2濾波片光譜圖如圖2所示，由于R212型光電倍增管屬于精密儀器，所以對微弱信號的檢測能力較強，圖3為光電倍增管光譜圖。在檢測具有高速脈沖的光信號時，通常使用具有50 Ω或75 Ω特性阻抗的同軸電纜，來連接光電倍增管和后續電路。為了使波形在傳輸中不失真，后續回路應與電纜的特性阻抗相匹配。接收端通過倍增管將接收到的光信號轉化為電信號后進行整形放大并送處理芯片凌陽SPCE061A進行時鐘提取和同步解調，最后輸出數據信號。本文引用地址：http://www.j9360.com/article/168559.htm
在光電倍增臂易受干擾的340 nm以上波段的區域，通過帶通濾光片的濾除作用使絕大多數噪聲干擾都無法對系統造成影響，這樣搭配能保證在現有的條件下實現最優的信號采集效果。光電倍增管采集到信號十分微弱，其本身輸出的信號高低電平差很小，系統采用LM393作為判決芯片，使輸出信號變成標準TTL電平，方便后續電路識別、整理。
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