一种地下室家用光通信收发系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种地下室家用光通信收发系统，包括上位机，基于DSP的收发机，电光调制器及其电平转换电路，激光器及其发射光路，望远镜及其接收光路，光电倍增管及其电平转换电路；该地下室家用光通信收发系统采用RS码和PPM调制，可实现实时的全双工通信，速度大于73kbit/s，可以满足基本的语音和图像等多媒体传输应用。
【专利说明】
一种地下室家用光通信收发系统
技术领域
[0001]本发明涉及地下室家用光通信技术领域，尤其是一种地下室家用光通信收发系统。
【背景技术】
[0002]无线地下室家用通信目前主要分为三种，包括地下室家用光通信，水声通信以及地下室家用电磁波通信。这三种方法都有各自的特点和应用场合。其中，地下室家用光通信在沿海水域通信中得到大量应用。虽然其通信范围在浑浊的水中只能达到几米，但带宽却可以很高(明显高于声学方法)，而且可以改变操作，在诸如平台之间的短距离通信应用中是可行的。这些平台包括无人地下室家用航行器(UUV)，潜艇，舰船，浮标，对接站和潜水员等。
[0003]相比于电磁波，蓝绿激光处于海水的低损耗窗口波长，穿透海水能力强，更加适于地下室家用通信。蓝绿激光地下室家用光通信方式具有保密性好、通信速率高和不易受电磁干扰等优点。在地下室家用传输过程中，激光受海水吸收和散射的影响，会出现脉冲幅度的衰减、空域和时域的展宽，影响探测，甚至导致误码。针对地下室家用激光的传输特性，采用的调制方式有开关键控(OOK)和脉冲位置调制(PPM)方式，由于PPM具有更高的峰值光功率，成为地下室家用光通信中的重要调制方式。里德-所罗门(RS)码是一种码长可调的多进制循环码，具有码率高、纠错能力强等优点，并与PPM完全匹配，因此在无线光通信中常采用RS码结合PPM调制方式。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的是，克服现有技术方法的不足，提供了一种基于数字信号处理机，采用RS码和PPM调制，可实现实时的全双工通信，速度大于73kbit/s，可以满足基本的语音和图像等多媒体传输应用的地下室家用光通信收发系统。
[0005]为实现上述发明目的，提出了如下技术方案:
[0006]一种地下室家用光通信收发系统，包括上位机(HP)，基于DSP的收发机，电光调制器(EOM)及其电平转换电路，激光器及其发射光路，望远镜及其接收光路，光电倍增管(PMT)及其电平转换电路;信号的处理可以分为发送和接收两个过程;发送时，所述上位机(HP)将待发送的信息传给所述收发机，在所述收发机中完成信号的RS码编码和PPM调制，进而通过调节所述电光调制器(EOM)的开关状态，控制所述激光器的脉冲发射时间，激光脉冲经发射光路发射出去；接收时，所述望远镜收集光脉冲信号并将光信号传输到所述光电倍增管(PMT)上，经光电转换，在所述收发机中完成模数转换、滤波、解调解码，最后将处理后的信息传送到上位机(HP)中显示。
[0007]由于水体对蓝绿光的吸收较低，一般选用蓝绿激光作为地下室家用通信的光源。由于声光调Q激光器脉宽较宽，在地下室家用传输后展宽更多，不利于探测，故选用电光调Q激光。
[0008]所述基于DSP的收发机包括数字信号处理机(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、多协议收发器、先入先出阵列(FIFO)以及数模转换器(ADC);所述数字信号处理机(DSP)设置有外部存储器接口A(EMIFA)、外部存储器接口B(EMIFB)、多通道缓冲串行接口(McBSP)和定时器;所述外部存储器接口 A(EMIFA)连接并接收先入先出阵列(FIFO)传输信号;所述外部存储器接口B(EMIFB)连接并将信号发送到现场可编程门阵列(FPGA);所述多通道缓冲串行接口(McBSP)与收发器连接，用于实现收发机与上位机(HP)的通信。
[0009]所述收发器是多协议收发器，用于完成电平和逻辑转换，通过多通道缓冲串行接口(McBSP)连接在数字信号处理机(DSP)和上位机(HP)之间，用于传递待发送信息和接收到的信息。
[0010]所述现场可编程门阵列(FPGA)连接在数字信号处理机(DSP)与电光调制器(EOM)之间，并配置在外部存储器接口B(EMIFB)下，用于接收数字信号处理机(DSP)进行RS码编码后的信息，并进行PPM调制，进而控制电光调制器(EOM)的开关。
[0011 ]所述数模转换器(ADC)将光电倍增管(PMT)及其变换电路输出的模拟电平信号转化为数字信号，经过先入先出阵列(FIFO)缓冲，传入到数字信号处理机(DSP)的二级缓存(L2)中。为避免与通用异步收发传输器(UART)的冲突，将先入先出阵列(FIFO)配置在外部存储器接口A(EMIFA)。数模转换器(ADC)的采样时钟可在数字信号处理机(DSP)的定时器和外部时钟之间进行选择，当由定时器提供采样时钟时，通过编程可以方便地调节数模转换器(ADC)的采样频率;当外部时钟提供采样时钟时，采样频率可做得更高。
[0012]由于FPGA时钟频率高，每句程序都用特定的运行周期，因而能够精确地控制输出引脚的电平状态和电平持续时间，故可以直接利用FPGA控制输出引脚的高低电平的位置达至IjPPM调制的目的。
[0013]接收信号处理过程主要包括滤波、门限判决、解调和译码。由于算数平均值滤波法操作简便，程序开销小，效果良好，故采用算数平均值滤法。
[0014]该发明的有益效果:
[0015]本发明的技术方案提出了一种基于DSP的地下室家用光通信收发系统，其中DSP完成待发送信息的RS码编码和接收信息的滤波、门限判决、解调解码，FPGA完成编码后信息的PPM调制。
[0016]由于FPGA时钟频率高，每句程序都用特定的运行周期，因而能够精确地控制输出引脚的电平状态和电平持续时间，故可以直接利用FPGA控制输出引脚的高低电平的位置达至IjPPM调制的目的。
[0017]该收发系统能够实现实时的全双工通信，速度大于73kbit/s，能够满足基本的语音和图像等多媒体传输应用。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的地下室家用光通信收发系统结构示意图；
[0019]图2是基于DSP的收发机结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明的一种地下室家用光通信收发系统作进一步详尽描述:
[0021]如图1所示，一种地下室家用光通信收发系统，包括上位机(HP)，基于DSP的收发机，电光调制器(EOM)及其电平转换电路，激光器及其发射光路，望远镜及其接收光路，光电倍增管(PMT)及其电平转换电路;信号的处理可以分为发送和接收两个过程;发送时，所述上位机(HP)将待发送的信息传给所述收发机，在所述收发机中完成信号的RS码编码和PPM调制，进而通过调节所述电光调制器(EOM)的开关状态，控制所述激光器的脉冲发射时间，激光脉冲经发射光路发射出去;接收时，所述望远镜收集光脉冲信号并将光信号传输到所述光电倍增管(PMT)上，经光电转换，在所述收发机中完成模数转换、滤波、解调解码，最后将处理后的信息传送到上位机(HP)中显示。
[0022]由于水体对蓝绿光的吸收较低，一般选用蓝绿激光作为地下室家用通信的光源。由于声光调Q激光器脉宽较宽，在地下室家用传输后展宽更多，不利于探测，优选地，选用电光调Q激光。
[0023]如图2所示，所述基于DSP的收发机包括数字信号处理机(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、多协议收发器、先入先出阵列(FIFO)以及数模转换器(ADC);所述数字信号处理机(DSP)设置有外部存储器接口A(EMIFA)、外部存储器接口B(EMIFB)、多通道缓冲串行接口(McBSP)和定时器;所述外部存储器接口 A(EMIFA)连接并接收先入先出阵列(FIFO)传输信号;所述外部存储器接口B(EMIFB)连接并将信号发送到现场可编程门阵列(FPGA);所述多通道缓冲串行接口(McBSP)与收发器连接，用于实现收发机与上位机(HP)的通信。
[0024]所述收发器是多协议收发器，用于完成电平和逻辑转换，通过多通道缓冲串行接口(McBSP)连接在数字信号处理机(DSP)和上位机(HP)之间，用于传递待发送信息和接收到的信息。
[0025]所述现场可编程门阵列(FPGA)连接在数字信号处理机(DSP)与电光调制器(EOM)之间，并配置在外部存储器接口B(EMIFB)下，用于接收数字信号处理机(DSP)进行RS码编码后的信息，并进行PPM调制，进而控制电光调制器(EOM)的开关。
[0026]所述数模转换器(ADC)将光电倍增管(PMT)及其变换电路输出的模拟电平信号转化为数字信号，经过先入先出阵列(FIFO)缓冲，传入到数字信号处理机(DSP)的二级缓存(L2)中。为避免与通用异步收发传输器(UART)的冲突，将先入先出阵列(FIFO)配置在外部存储器接口A(EMIFA)。数模转换器(ADC)的采样时钟可在数字信号处理机(DSP)的定时器和外部时钟之间进行选择，当由定时器提供采样时钟时，通过编程可以方便地调节数模转换器(ADC)的采样频率;当外部时钟提供采样时钟时，采样频率可做得更高。
[0027]由于FPGA时钟频率高，每句程序都用特定的运行周期，因而能够精确地控制输出引脚的电平状态和电平持续时间，故可以直接利用FPGA控制输出引脚的高低电平的位置达至IjPPM调制的目的。
[0028]接收信号处理过程主要包括滤波、门限判决、解调和译码。由于算数平均值滤波法操作简便，程序开销小，效果良好，故采用算数平均值滤法。
[0029]其中DSP选用TI公司的TMS320C6416T，用到的片上外设包括外部存储器接口 A(EMIFA)和B(EMIFB)，采用RS232串口通信协议实现收发机与HP的通信。使用多协议收发器完成电平和逻辑转换，选用MAXIM公司的MAX系列，通过McBSP连接在DSP和HP之间，用于传递待发送信息和接收到的信息eFPGA连接在DSP与EOM之间，并配置在EMIFB下，主要作用是接收DSP进行RS码编码后的信息，并进行PPM调制，进而控φ?」Ε0Μ的开关。ADC将PMT及其变换电路输出的模拟电平信号转化为数字信号，经过FIFO缓冲，传入到DSP的二级缓存(L2)中。为避免与通用异步收发传输器(UART)的冲突，将FIFO配置在EMIFAt3ADC的采样时钟可在DSP的定时器和外部时钟之间进行选择，当由定时器提供采样时钟时，通过编程可以方便地调节ADC的采样频率；当外部时钟提供采样时钟时，采样频率可做得更高。目前选用最高采样率为40MHz，14bit精度的ADC以及深度为65536、宽度为18位、时钟最高为166MHz的同步FIFO。连接时，FIFO数据输入引脚低14位依次与ADC输出相连，高4位接地;FIFO输出引脚低16位依次与EMIFA低16位数据引脚相连，高2位悬空。
[0030]所述TI公司的TMS320C6416T型DSP，最高时钟为1GHz，具有4个优先级的可并行工作的增强型直接存储器存取(EDMA)，并且EMIFA和EMIFB相互独立。由于FIFO配置在EMIFA下，而FPGA配置在EMIFB下，同时将FIFO与DSP之间的数据传输配置到O级优先级的EDMA下，将DSP与FPGA之间的数据传输配置到I级优先级的EDMA下，将DSP通过McBSP与HP的数据收发分别配置2级优先级和3级优先级的EDMA下，则可并行实现FIFO与DSP的数据传输、DSP与FPGA通信、DSP与HP之间的数据发送和接收、DSP对信号的处理5个过程。定时器输出频率为fmax/nPrd，其中最高输出频率fmax = 31.25MHz，nprd为分频系数，取值范围为I?4.3X109。另外TMS320C6416T具有独立的硬件单元，可在4个时钟周期内并行完成4对8bit(或少于8bit)数据的伽罗华域GF(2m)乘法，配以合适的解码程序，可大幅提高RS码译码速度，尤其是GF(28)域的RS码。
[0031]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【主权项】
1.一种地下室家用光通信收发系统，其特征在于，包括上位机(HP)，基于DSP的收发机，电光调制器(EOM)及其电平转换电路，激光器及其发射光路，望远镜及其接收光路，光电倍增管(PMT)及其电平转换电路;信号的处理可以分为发送和接收两个过程;发送时，所述上位机(HP)将待发送的信息传给所述收发机，在所述收发机中完成信号的RS码编码和PPM调制，进而通过调节所述电光调制器(EOM)的开关状态，控制所述激光器的脉冲发射时间，激光脉冲经发射光路发射出去;接收时，所述望远镜收集光脉冲信号并将光信号传输到所述光电倍增管(PMT)上，经光电转换，在所述收发机中完成模数转换、滤波、解调解码，最后将处理后的信息传送到上位机(HP)中显示。2.根据权利要求1所述的一种地下室家用光通信收发系统，其特征在于，所述激光光源是电光调Q激光。3.根据权利要求1所述的一种地下室家用光通信收发系统，其特征在于， 所述基于DSP的收发机包括数字信号处理机(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、多协议收发器、先入先出阵列(FIFO)以及数模转换器(ADC);所述数字信号处理机(DSP)设置有外部存储器接口 A(EMIFA)、外部存储器接口B(EMIFB)、多通道缓冲串行接口(McBSP)和定时器;所述外部存储器接口 A(EMIFA)连接并接收先入先出阵列(FIFO)传输信号;所述外部存储器接口B(EMIFB)连接并将信号发送到现场可编程门阵列(FPGA);所述多通道缓冲串行接口(McBSP)与收发器连接，用于实现收发机与上位机(HP)的通信； 所述收发器是多协议收发器，用于完成电平和逻辑转换，通过多通道缓冲串行接口(McBSP)连接在数字信号处理机(DSP)和上位机(HP)之间，用于传递待发送信息和接收到的信息； 所述现场可编程门阵列(FPGA)连接在数字信号处理机(DSP)与电光调制器(EOM)之间，并配置在外部存储器接口B(EMIFB)下，用于接收数字信号处理机(DSP)进行RS码编码后的信息，并进行PPM调制，进而控制电光调制器(EOM)的开关； 所述数模转换器(ADC)将光电倍增管(PMT)及其变换电路输出的模拟电平信号转化为数字信号，经过先入先出阵列(FIFO)缓冲，传入到数字信号处理机(DSP)的二级缓存(L2)中；为避免与通用异步收发传输器(UART)的冲突，将先入先出阵列(FIFO)配置在外部存储器接口 A(EMIFA);数模转换器(ADC)的采样时钟可在数字信号处理机(DSP)的定时器和外部时钟之间进行选择，当由定时器提供采样时钟时，通过编程可以方便地调节数模转换器(ADC)的采样频率;当外部时钟提供采样时钟时，采样频率可做得更高。4.根据权利要求3所述的一种地下室家用光通信收发系统，其特征在于，所述收发系统采用算数平均值滤法实现滤波、门限判决、解调和译码的信号处理过程。
【文档编号】H04B10/50GK105827325SQ201610135972
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】李群星, 万潇熠, 周午贤
【申请人】文成县刀锋科技有限公司