一种水下通信的接收端设备及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水下通信技术领域，具体涉及一种水下通信的接收端设备及系统。
【背景技术】
[0002]随着水下作业、活动的增多，使用水下通信的情况越来越广泛;水下通信是指应用环境在水下的数据传输方案，目前主要的水下通信方式有电磁波通信和水声通信。
[0003]水下电磁波通信即是使用电磁波承载数据，来实现水下的数据传输;然而，电磁波的频率越高，其传输衰减越大，所以水下电磁波通信一般采用长波或甚长波通信，但是波长越长所需要的发射天线就越大，这将增大布设难度，并不适用于水下通信环境；
[0004]水声通信即是使用声波承载数据，来实现水下的数据传输;然而，声波的速率一般只能达到几k/b至几十k/b，无法承载大数据业务的通信。
[0005]基于此，如何提供一种水下通信方案，以适用于水下通信环境，且实现高速率的水下数据传输，成为了本领域技术人员需要考虑的问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明实施例提供一种水下通信的接收端设备及系统，以实现适用于水下通信环境，且高速率的水下数据传输的目的。
[0007]为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案:
[0008]—种水下通信的接收端设备，包括:
[0009]由多个SPAD构成的SPAD阵列，所述SPAD阵列的各SPAD用于捕捉光信号，并转换为电信号；
[0010]与所述SPAD阵列连接的处理电路，所述处理电路用于根据所述SPAD阵列整体转换的电信号进行数据恢复，得出传输数据。
[0011 ]可选的，所述SPAD阵列的各SPAD在设定检测时间内捕捉光子，并转换为电信号；
[0012]所述处理电路包括:
[0013]与所述SPAD阵列连接的计数器，所述计数器根据各SPAD在设定检测时间内转换的电信号，确定各SPAD在设定检测时间内所捕捉的光子数量，并对各SPAD在设定检测时间内所捕捉的光子数量进行叠加，得到光子数量叠加结果；
[0014]与所述计数器连接的解调编码器，所述解调编码器根据所述光子数量叠加结果进行解调编码，得到解调编码结果；
[0015]与所述解调编码器连接的数据恢复器，所述数据恢复器根据所述解调编码结果恢复相应数据，得出传输数据。
[0016]可选的，所述水下通信的接收端设备还包括:
[0017]连接在所述SPAD阵列和所述处理电路之间，对所述SPAD阵列的各SPAD转换的光信号进行放大滤波处理的放大滤波电路。
[0018]可选的，所述SPAD阵列的各SPAD以异步方式捕捉光信号。
[0019]可选的，所述处理电路为FPGA芯片。
[0020]可选的，所述SPAD阵列由32行X 32列的SPAD构成。
[0021]可选的，所述处理电路设置于通信节点内，所述通信节点与至少一个SPAD阵列连接。
[0022]本发明实施例还提供一种水下通信的系统，包括:
[0023]发送端设备，和，如上述所述的接收端设备；
[0024]其中，所述发送端设备包括:发出光信号的LED。
[0025]可选的，所述发送端设备还包括:
[0026]处理传输数据对应的电信号的数字处理电路；
[0027]分别与所述数字处理电路和所述LED连接，根据所述数字处理电路的处理结果，驱动所述LED发出光信号的驱动电路。
[0028]可选的，所述LED为蓝光LED。
[0029]基于上述技术方案，本发明实施例提供的水下通信的接收端设备，包括:由多个SPAD构成的SPAD阵列，所述SPAD阵列的各SPAD用于捕捉光信号，并转换为电信号；与所述SPAD阵列连接的处理电路，所述处理电路用于根据所述SPAD阵列整体转换的电信号进行数据恢复，得出传输数据。本发明实施例在水下环境中，采用可见光承载数据，由于可见光在水下传播信道存在窗口并且频率资源丰富，因此可适用于水下通信环境，且可见光具有较高的数据传输速率，因此保证了高速率的水下数据传输；同时，以SPAD阵列检测光信号，可提升水下光信号检测的灵敏度，提升水下通信距离。本发明实施例提供的水下通信的接收端设备，可适用于水下通信环境，具有较高的数据传输速率，且水下通信距离较大。
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0031 ]图1为本发明实施例提供的水下通信的接收端设备的结构示意图；
[0032]图2为本发明实施例提供的水下通信的接收端设备的另一结构示意图；
[0033]图3为本发明实施例提供的水下通信的接收端设备的再一结构示意图；
[0034]图4为本发明实施例提供的接收端设备的应用示意图；
[0035]图5为本发明实施例提供的通信节点与通信节点间的通信示意图；
[0036]图6为本发明实施例提供的通信节点与移动台间的通信示意图；
[0037]图7为本发明实施例提供的水下通信的系统的结构示意图；
[0038]图8为本发明实施例提供的水下通信的系统的另一结构示意图；
[0039]图9为本发明实施例提供的水下通信的系统的再一结构示意图；
[0040]图10为本发明实施例提供的水下通信的应用例的流程图。
【具体实施方式】
[0041]由于可见光在水下传播信道存在窗口并且频率资源丰富，因此本发明实施例提供的水下通信方案，主要基于水下可见光通信技术实现;水下可见光通信即是应用环境在水下，以可见光频谱承载数据，实现在水下传输数据的方案;进一步，通过SPAD阵列检测光源发出的光信号，可提升水下光信号检测的灵敏度，提升水下通信距离。
[0042]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]图1为本发明实施例提供的水下通信的接收端设备的结构示意图，参照图1，该水下通信的接收端设备可以包括:
[0044]SPAD阵列10和处理电路20;
[0045]其中，SPAD阵列10由多个SPAD(Single Photon Avalanche D1de，单光子雪崩二极管)11构成；
[0046]在本发明实施例中，SPAD阵列设置于水下，SPAD阵列的各SPAD可捕捉水下信道传输的光信号，并转换为电信号；
[0047]可选的，水下信道传输的光信号可由LED光源发出，该LED光源可以是水下移动台的LED光源，也可能是水下感应器的LED光源；
[0048]即本发明实施例中，水下移动台的LED光源，水下感应器的LED光源发出的光信号，通过水下信道传输后，可被设置于水下的SPAD阵列捕捉检测到；
[0049]基于单个SPAD—次只能捕捉一个光子，因此本发明实施例通过由多个SPAD构成的SPAD阵列作为接收端设备的光信号接收部分，可提升接收端设备对水下信道传输的光信号的检测能力；
[0050]处理电路20与SPAD阵列10连接，可根据SPAD阵列整体转换的电信号进行数据恢复，得出传输数据。
[0051]本发明实施例提供的水下通信的接收端设备，包括:由多个SPAD构成的SPAD阵列，所述SPAD阵列的各SPAD用于捕捉光信号，并转换为电信号；与所述SPAD阵列连接的处理电路，所述处理电路用于根据所述SPAD阵列整体转换的电信号进行数据恢复，得出传输数据。
[0052]本发明实施例在水下环境中，采用可见光承载数据，由于可见光在水下传播信道存在窗口并且频率资源丰富，因此可适用于水下通信环境，且可见光具有较高的数据传输速率，因此保证了高速率的水下数据传输；同时，以SPAD阵列检测光信号，可提升水下光信号检测的灵敏度，提升水下通信距离。本发明实施例提供的水下通信的接收端设备，可适用于水下通信环境，具有较高的数据传输速率，且水下通信距离较大。
[0053]值得注意的是，本发明实施例以SPAD阵列检测光信号，而不以PD(光电二极体)、APD(高级光电二极管)等感光器件检测光信号，是因为ro、Aro等感光器的灵敏度较低，一般只能接收强度不低于_30dBm的光信号，这限制了水下通信距离；而SPAD检测光信号的灵敏度较高，因此本发明实施例以SPAD阵列检测光信号，能够克服可见光水下通信距离受限的问题，增加水下通信距离。
[0054]在本发明实施例中，单个SPAD的管子只要被光子激发都无差别的输出一个脉冲，而本发明实施例采用SPAD阵列捕捉光子，可使得多个SPAD输出的脉冲在后续计数时，不会出现削峰失真；
[0055]本发明实施例可通过设置设定检测时间，使得处理电路接收SPAD阵列在该设定检测时间内，整体输出的脉冲;进而计算出各SPAD在设定检测时间内捕捉的光子数，以设定的调制、编码方式，根据各SPAD在设定检测时间内捕捉的光子数恢复出传输数据。
[0056]可选的，图2示出了本发明实施例提供的水下通信的接收端设备的另一结构示意图，结合图1和图2所示，该水下通信的接收端设备中，处理电路20可以包括:计数器21，解调编码器22，数据恢复器23;
[0057]其中，计数器21与SPAD阵列连接;计数器可根据各SPAD在设定检测时间内转换的电信号，确定各SPAD在设定检测时间内所捕捉的光子数量，并对各SPAD在设定检测时间内所捕捉的光子数量进行叠加，得到光子数量叠加结果；
[0058]解调编码器22与计数器21连接;解调编码器可根据所述光子数量叠加结果进行解调编码，得到解调编码结果；
[0059]数据恢复器23与解调编码器22连接;数据恢复器可根据所述解调编码结果恢复相应数据，得出传输数据。
[0060]在本发明实施例中，SPAD阵列的各SPAD在捕捉光信号的过程中是没有记忆所捕捉的光子数量的功能的，SPAD只是捕捉光信号并作出响应，转换出电信号;所有SPAD所捕捉的光子的数量是由计数器监督计算的，