MCP2120和MAX3120在水下光通信中的应用
一种水下光通信中基于先验模型的预均衡方法
一种水下光通信中基于先验模型的预均衡方法水下光通信技术是一种近年来得到广泛关注和研究的新兴技术，其具有高带宽、低消耗和高安全性等优点，能够为海洋监测、海底资源探测、深海科学研究等领域提供良好的技术支撑和解决方案。
然而，在水下光通信系统中，由于信号传输过程中存在复杂的衰减、散射、非线性等影响因素，导致光信号的品质很容易受到损失和干扰，进而降低通信性能。
为了解决这些问题，很多科学家和研究机构开始尝试采用预均衡技术来提高光信号的品质和抗干扰能力。
本文基于先验模型，就水下光通信中预均衡方法的原理及其在通信系统中的应用进行详细阐述和探讨。
一、先验模型基础先验模型是一种常用的处理信号的技术，其基本原理是基于有关信号的一些已知信息进行处理，从而提高信号的性能和品质。
在水下光通信系统中，先验模型可以用来提取信号传输过程中存在的相关信息，如衰减、散射等影响因素，进而对信号进行预处理和修正，以提高信号的质量和减少错误率。
具体而言，先验模型的基本流程可分为：信号建模、先验信息提取、信号修正和解码。
信号建模是指对光信号的传输过程进行建模，包括传输系统、信噪比、信道传输等因素的考虑。
先验信息提取是指从传输过程中已知的信息中提取出有用的信息，这些信息可以包括散射噪声、信噪比、信号强度等等。
信号修正是指在利用先验信息对信号进行处理，包括预均衡、滤波、增强等技术，从而提高信号的质量和减少错误率。
解码则是对加工后的信号进行还原，以恢复最初的原始信息。
二、水下光通信预均衡方法预均衡技术是一种常见的信号处理技术，主要适用于高动态范围、高带宽的信号处理。
在水下光通信中，预均衡技术可以用来抵消信号传输过程中的衰减、散射等影响因素，从而提高信号的品质和抗干扰能力。
预均衡方法的基本原理是对信号的传输过程中存在的相关信息进行提取和预处理，以消除信号在传输过程中产生的影响因子。
预均衡技术主要包含前向均衡和反向均衡两种类型。
前向均衡适用于实时信号处理，是通过对接收信号进行采样、滤波等处理方式，对传输过程中产生的影响因子进行实时消除。
水下光通信系统的设计与优化
水下光通信系统的设计与优化水下通信系统在深海开发、海洋监测等领域发挥着至关重要的作用。
而水下光通信系统作为一种高速传输信号的技术，在水下通信中发挥着不可替代的作用。
本文将讨论水下光通信系统的设计与优化。
一、水下光通信系统的特点设计水下光通信系统时需要考虑水下环境的特点，包括水中的吸收、散射和反射等因素。
在水下环境中，光的传输距离相对较短，光强度随着距离的增加而迅速衰减，因此需要采用高功率的激光发射器和高灵敏度的光接收器。
同时，水下通信中还需要考虑水下噪声的干扰。
在深海环境中，自然噪声、人工噪声以及信号失真等问题会使光通信信号的质量受到影响，因此需要采用一系列优化措施来保证通信质量。
二、水下光通信系统的设计原则在设计水下光通信系统时，需要遵循以下原则：1.选择适当的发射器和接收器在水下光通信系统中，需要选择适当的发射器和接收器。
发射器需要具备高功率、高稳定性和高效率等特点，同时还需要能够根据不同的水下环境进行调节。
接收器则需要具备高灵敏度、高抗噪声能力等特点，以确保在水下复杂环境中接收到高质量的光信号。
2.优化系统设计在水下光通信系统设计中，需要优化系统设计，包括选择合适的波长、光功率、接收灵敏度等参数。
同时，还需要对接收器的信号处理功能进行优化，以克服噪声和失真等问题，提高信号质量。
3.选择合适的传输介质在水下光通信中，传输介质的选择对通信质量产生较大的影响。
泥沙、悬浮物等物质会影响光的传输效果，因此需要选择适合的传输介质，如净水、纯水等。
4.避免光的漂移在水下光通信中，光的漂移会导致光信号丢失或者失真，因此需要采用合适的传输方式避免光的漂移。
常用的传输方式包括单模光纤、多模光纤、自由空间传输等。
5.考虑可靠性和稳定性在水下通信中，可靠性和稳定性是至关重要的因素。
高可靠性的系统能够保证通信质量和系统稳定性，在极限环境下仍然可以正常工作。
因此，在设计水下光通信系统时，需要考虑这些因素。
三、水下光通信系统的优化方法在设计水下光通信系统时，需要采用一系列优化措施以提高通信质量。
水下光通信的分集接收技术
水下光通信的分集接收技术水下光通信的分集接收技术【摘要】本文主要论述水下光通信的分集接收技术，主要针对水下蓝绿激光的可视距离激光信号进行接收，能够增强水下激光通信能力、有利于完成水下通信任务，对工程应用、军事发展、国防科研等有重要意义。
【关键词】水下光通信分集接收海洋覆盖着地球三分之二的表面积，它是人类探索和研究的最前沿的领域之一。
海洋不仅在国际商业和渔业中扮演重要的角色，而且还包含了有关气候的信息，以及大量急待开发的资源。
水下无线通信是研制海洋观测系统的关键技术，借助海洋观测系统，可以采集有关海洋学的数据，监测环境污染、气候变化。
海底异常地震火山活动，探查海底目标，以及远距离图像传输，水下无线通信在军事中也起到至关重要的作用，而且水下无线通信也是水下传感器网络的关键技术。
水下光通信具有数据传输率高的优点，但是水下光通信受环境的影响较大，克服环境的影响是将来水下光通信技术的发展方向。
水下光主要通信是利用海水对波长为470nm～570nm的蓝绿激光具有低损耗窗口，依靠大气、空气/海水界面和海水作为光信道，实现飞机（或卫星）对水下约300m深度的潜艇通信。
这种通信方式具有波束隐蔽、接收天线小、通信速率高、抗干扰和保密性强等优点。
一、水下激光信道激光传输特性研究根据前人对海水光特性的研究，光波在水下传输所受到的影响可以归纳为以下三个方面：（1）光损耗：忽略海水扰动和热晕效应，光在海水中的衰减主要来自吸收和散射影响，通常以海水分子吸收系数、海水浮游植物吸收系数、海水悬浮粒子的吸收系数、海水分子散射系数和悬浮微粒散射系数等方式体现。
（2）光束扩散：经光源发出的光束在传输过程中会在垂直方向上产生横向扩展，其扩散直径与水质、波长、传输距离和水下发散角等因素有关。
（3）多径散射：光在海水中传播时，会遇到许多粒子发生散射而重新定向，所以非散射部分的直射光将变得越来越少。
海水中传输的光被散射粒子散射而偏离光轴，经过二、三、四等多次散射后，部分光子又能重新进入光轴，形成多次散射。
水下光通信数据传输技术研究
水下光通信数据传输技术研究随着人类对深海的探索越来越深入，对水下通信的需求也越来越高。
传统的水下通信系统采用声波进行传输，然而声波在水中的传播距离受到水温、水盐度等环境因素的影响，传输速度较慢，且易受到环境噪声干扰。
因此，水下光通信技术成为了当前水下通信领域的热点研究方向之一。
水下光通信传输系统主要由光源、光纤、探测器和调制解调器等组成。
水下光纤通信系统将光纤作为信号传输媒介，通过电信号调制光强度来实现信息传输，具有高速传输、抗干扰等优点。
但是，水下光通信技术面临的主要挑战是光信号在水中传输损耗较大，需要在水下光通信系统设计中克服这些挑战。
当前，水下光通信技术的研究主要集中在以下几个方面：一、水下光通信信号传输损耗问题水下的水体对光信号有较强的散射和吸收作用，导致光信号传输距离较短，信号衰减较大。
因此，在水下光通信系统中需要采用高功率的光源和低损耗的光纤来解决信号传输损耗问题。
二、水下光通信系统的封装和保护问题水下光通信系统需要耐水深、抗水压、防水等性能，因此在水下光通信系统的设计中需要考虑到系统的封装和保护。
三、水下光通信系统的干扰问题水下光通信系统易受到水下环境噪声的影响，因此在系统中需要采用合理的编码和调制技术来抑制干扰，提高信噪比。
四、水下光通信系统的定位问题在水下通信中，位置信息非常重要，因此水下光通信系统需要加入定位技术，实现对通信对象的精确定位。
总之，水下光通信技术是未来水下通信领域的研究重点之一，近年来取得了一系列重大的技术进展。
随着相关技术的不断突破和发展，水下光通信技术在未来的水下探测、海洋工程、军事防御等方面均具有广阔的应用前景和实际价值。
水下激光通信各模块参数分析-UVLABofOUC
以上是通过论文，了解到水下激光通信发射模块和接受模块的分析，由于英语水平有限，难免出现纰漏，还望指正。下步进一步了解各模块块参数分析
目前，我们主要研究水下激光通信的发射模块和接受模块。
一、发射模块
首先是光源的选择，通过下图可以看出蓝绿光在水中得到衰减最小，因此常被用于水下光通信。
基于功耗、效率、尺寸及成本的考虑，通过对比氩离子激光发射器、钛宝石激光发射器、光纤激光发射器以及半导体二极管激光发射器，最后选择了半导体二极管发射器，它具有低功耗、高效率以及结构简单等优点。
王文朋
其次，驱动电路的设计。如下图，在此论文中采用了Maxim公司 MAX3701蓝光激光驱动芯片作为激光二极管的驱动，这块芯片的信号上升与下降速度达到0.9nS，提供的二极管驱动电流为最高为200mA，偏置电流最高200mA.在PCB中通过EP2C5的FPGA控制MAX3701。 同时包含了一个模数转换器AD7822，实现驱动芯片中的内部互阻抗放大器的电压数字化。
下图中，电位器通过控制V1端口用来为二极管设置偏置电流,FPGA在通过低通滤波器产生一个脉冲宽度调制信号,以提供一个输出电压通过V2端口控制调制电流。同时，FPGA产生一个开关键控输出信号控制MAX3701,驱动电流的输出。
二、接受模块
基于动态范围、接收灵敏度和信噪比的考虑，论文中选择了光电倍增管（PMT)作为接收装置。光电倍增管装置利用外部光电效应将入射光子转换成一个放大的电子信号。
接收电路设计需要一个稳定的高压电源，分压电路和输出负载或者放大器电路。
论文中采用了R7400U光电倍增管。它具有体积小、灵敏度高、速度快和成本低等优点。
水下无线光通信技术研究与系统设计
on the related design research on the processing of emission signal by "return zero" and the amplification plastic processing of the received signal.
要 underwater application range of communication technology. The research object is the
relevant technology of underwater wireless optical communication system and the
related measurement and analysis of the underwater transmission experiment by this
门 system. Based on this, we have designed another scheme which based on a high power
摘 design of transmit/receive system. Firstly this paper described the current research status at home and abroad
文 in-depth knowledge, secondly has carried on the theoretical overview of the
水下激光通信系统中信道特性分析_水下通信技术
5
水下激光通信系统中信道特性分析
1.2.3 光纤通信 现代光纤通信是指以激光作为信息载体，以光纤代替电缆来进行通信。而 光纤是目前最有能力支持高带宽远距离通信的传输媒介。与传统的通信方式相 比，光纤通信有如下几个方面的优势[10]： （1）通信容量大，传输带宽大。单根石英光纤在低损耗频段 0.8~1.65μm 的频带宽度可以达到 200THz， 这样巨大的传输宽带和容量是其他传输介质所不 能代替的。 （2）损耗小，中继距离长。目前工业制造的光纤在 1.3μ m 附近，其损耗在 0.3~0.4dB/km 范围以内，在 1.55μm 波段已降到 0.2dB/km 以下。 （3）光纤通信的抗干扰性和保密性极好。光纤是二氧化硅制成的，它不受 各种电磁波的干扰，甚至在核辐射环境下，仍能正常工作。光信号在传输过程 中被束缚在光纤芯内，向外辐射和泄漏的极小，在信息传送时很难被窃听，这 在军事国防和经济上都有重要意义。 （4）光纤中几乎没有背景噪声。光纤对恶劣环境有较强的适应能力。 （5）重量轻、成本低、资源丰富、寿命长。光纤的制造不需要大量的有色 金属，所需要的石英丰富而便宜。光纤是绝缘体，没有电流和电压的干扰，且 不易被海水腐蚀。 尽管光纤有以上众多优点， 但是光纤是有线传输， 依赖于相对昂贵的光缆， 还要考虑到薄的电缆护套易受海洋生物附着和其他机械的损坏。水下光缆应用 的另一个挑战是收发器之间插拔连接，譬如一个海面船只与一个水下传感器之 间，或者一个 AUV 和一个传感器之间。总体而言，使用光纤的费用比较高， 维护困难，所以水下高带宽无线通信比光纤通信有着更明显的优势。 1.2.4 水下激光通信 水下激光通信结合了频率高和无需有线连接直接传播光载波的灵活性的优 点。与水声通信相比，水下激光通信可以克服水声通信的带宽窄、载频低、延 迟大等缺点。而与光纤通信对比，它继承了光纤通信的众多优点，但是激光在 海水中严重地受到周围环境条件的影响，在海洋中我们面对的是比大雾天气甚 至更高的单位距离的信号损耗，水下环境对于激光的性能起到决定性的作用。
海底光电复合缆在军事通信中的应用与技术需求
海底光电复合缆在军事通信中的应用与技术需求近年来，随着信息技术的迅猛发展和军事通信的不断进步，海底光电复合缆在军事通信中的应用日趋广泛。
海底光电复合缆能够高效稳定地传输大容量的信息，并且具有抗干扰性强、抗攻击能力强等优势，因此被广泛应用于军事通信领域。
本文将探讨海底光电复合缆在军事通信中的应用和技术需求。
首先，海底光电复合缆在军事通信中的应用非常广泛。
一方面，它可以用于军事指挥系统的通信传输。
军事指挥系统需要高效稳定的通信渠道，以确保指挥系统的即时性和准确性。
海底光电复合缆通过高速的光纤传输技术，能够满足军事指挥系统对大容量数据传输的需求，同时具有较低的时延和高可靠性，可以保障军事指挥系统的通信质量。
另一方面，海底光电复合缆还可以应用于军事侦查和监视系统。
军事侦查和监视系统需要远距离、高清晰度的视频传输，以提供实时的战场情报。
海底光电复合缆通过光电技术的应用，不仅可以传输大容量的视频数据，还能够保证视频传输的稳定性和准确性，使得军事侦查和监视系统能够获取到高质量的实时情报，提升战场决策的精确性和实时性。
在海底光电复合缆的应用中，军事通信系统对其技术需求也是十分严苛的。
首先，海底光电复合缆需要具备高速传输的能力。
军事通信系统中需要传输大容量的数据，包括音视频数据、地理信息数据等，而且通信速度要求非常高。
因此，海底光电复合缆需要具备高速传输的技术，保证数据能够在短时间内快速地传输。
其次，海底光电复合缆需要具备高度的抗干扰能力。
军事通信系统在作战环境中面临各种干扰和攻击，包括电磁干扰、水下噪声等。
为了保证通信的稳定性，海底光电复合缆需要具备抗干扰的技术，能够抵御各种干扰的影响，保证通信信号的准确传输。
另外，海底光电复合缆还需要具备高度的安全性。
军事通信涉及敏感信息的传输，为了保障通信的安全性，海底光电复合缆需要具备加密传输、抗窃听等安全技术。
只有确保通信数据的安全性，才能保证军事指挥系统的秘密性和操作的安全性。
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8 ~ lO ll l2 l3 l4
脚输入的是 3 个时钟周期 的低电平和 13 个时钟周 期的高电平 , 那么 MCP2120 接收的是一个低电平 , 即经译码后 RX 端输出一个低电平 如果 RXIR 引 脚 输 入 的 是 一 个 完 整 的 16 个 时 钟 周 期 的 高 电 平 , 那么 MCP2120 接 收的是一 个高 电 平 , 即 经译 码 后
1 cm~1 m 时 , 传输率可在 2.4 kb/S ~115 kb/S 之间 , 在最大传输率下误码率可达 10-8 以下 [7] 其引脚排 列见图 4,各引脚功能如表 4 所列 MAX3120 的 接 收 放大 器 可将 光 电 二 极 管 的 偏
压转换成 1.2 V , 光电二极管将 光脉冲转 换为电流
2.2
引脚及其劝能简介 图 2 所示为 MCP2120 引脚排列 , 各引脚功能如
表 1 所列
RX 端输出一个高电平 2.4 波特率设置 用 户 可 在 9600 b/S ~115.2 kb/S 之 间 自 行 选 择 MCP2120 的波特率 波特率的选择 有两种方式 通
过硬件设置或通过程序设置 用硬件设置时可通 过 BAUD0 BAUD1 BAUD2 的 状 态 设 定 , BAUD0 ~
MAX3l2O 的引脚功能 功 能 TTL / CMOS 数据输入端 电源电压 接地端， 光电二极管的阳极接地端 光电二极管阴极输入端 关断输入， 低有效 电源地， IR LED 的接地端， 接 GND LED 输出端， 接 LED 的阴极 TTL / CMOS 数据输出端
脉冲! 然后互导放大器将电流脉冲转换为电压脉 冲 !MAX3l2O 的滤波器可以滤除其中的低频环境光 干扰和高频电路噪声 " 最后由一个高速比较器将电 压脉冲转换成 CMOS 信号输出 " 不同电源 # 传 输率
1
引言
随着水下传感器网络的 广泛应用 9 水 下通信将
[l]
的需要 9 本文 介绍了 MCP2l20 和 MAX3l20 的 特 点 和工作原理9 以及在水技术是进 行水下通信 的 唯一 手 段 9 但 声 在 水 中 的 传 输 速 率 极 低 9 还 不 及 光 速的 二 十 万 分 之 一 9 加 上 声 波 在 水 中 散 射 \ 传 输 的损耗以及回波的干扰等 9 使水声设备的研制非常 困难 0 另外 9 由于红外光的不透水性以及 电磁波在 水中的衰减极快等因素的影响 9 使得红外光和电 磁 波 也不 适 用 于 水 下 通 信 9 而 可 见 光 中 蓝 \ 绿 光 部 分 在水中的吸收和散射相对较小 9 使得水下 可见光通 信成为可能 9 但是由于光在水下传播距离的限制 而 只能进行短距离通信 0 目前国外许多科研人员已致力于水下短距离 可 见光 通 信 的 研 究 9 Maurice Tivey \Feiix Schiii \ I.
-70-
!凶外由各元器件 !2006 !" 12 #
2006 ! 12 $
表l 引脚 l 2 3 4 5 6 7 名称 V DD OSCl / CLKIN OSC2 RESET RXIR TXIR MODE BAUDO ~ BAUD2 RX TX EN V SS MCP2l2O 的引脚功能 功 能 逻辑和 I / O 脚正电源电压 振荡器 （ 晶体） 输入 / 外部时钟源 输入 振荡器 （ 晶体） 输出 复位端 异步接收 IR 收发器的脉冲信号 异步发射编码脉冲至 IR 收发器 为软件波特率工 作 选 择 器 件 模 式 （ 数据 / 命令） 通过 3 个引 脚 状 态 或 通 过 软 件 选择配置波特率 异步发送至控制器 UART 异步接 收 来 自 控 制 器 UART 的 信号 使能端 逻辑和 I / O 脚地参考
图4
MAX3l2O 引脚 排列
#72#
系见参考文献 [7]0
!凶外由各元器件 !!""6 牟第 12 期
!""6 牟 12 月
和 距 离 条 件 下 RXD 输 出 引 脚 和 PINC 输 入 波 形 关
参考文献 !
4
数据发射 /接收装置
图 5 所示为由 MCP2I2O 和 MAX3I2O 组成数据
软件波特率选择与波特率的关系 频率 （ MHZ） 3. 6864 4800 9600 19200 28800 57600 4. 9152 6400 12800 25600 38400 78600 7. 3728 9600 19200 38400 57600 115200 14. 7456 19200 38400 78600 115200 230400 20. 000 26042 52083 104167 156250 312500 波特率 ! Osc / 768 ! Osc / 384 ! Osc / 192 ! Osc / 128 ! Osc / 64
MCP2l20 和 MAX3l20 在水下光通信中的应用 ! 主题论文
!69!
MCP2l20 和 MAX3l20 雇水下光通信中的应用
刊春媛
! 中国 海洋大学 信息科学 与工程学 院 " 山东 青岛 266l00 #
摘要 ! 介绍了 MCP2l20 和 MAX3l20 的主要特 点及功能 " 基 于目前水下短巨离无线 通信的需 要和 水下无线通信的现状 " 介绍了一种由 MCP2l20 和 MAX3l20 构成的用于水下短巨离可见光通信的 数据传榆系统 $ 关 键 词 水下 %光通信 % MCP2l20% MAX3l20 文献标识码 !A 文章编号 !l006!6977(2006)l2-0069-04 中图分类号 : TN9l9.8
十六进制数 0X87 0X88 0X85 0X83 0X81
0. 6144 800 1600 3200 4800 9600
2. 000 2604 5208 10417 15625 31250
引脚 l 2 3 4 5 6 7 8
表4 名称 TXD V CC GND PINC SHDN PGND LEDC RXD
Abstract The main features and function of MCP2l20 and MAX3l20 are presented.on account of the need of underwater short distance opticai communication and the present condition, a data transfer sys" tem based on underwater short distance visibie iight is introduced,which is made up of MCP2l20 and MAX3l20 and can be used in underwater opticai communication. Key words underwater 9 opticai communication 9 MCP2l20 9 MAX3l20
图1
系统 应用电路 原理框图
LED -Luxeon III EmitteF[6]代替红外发射器 MCP2120 的主要特点如下 1> 采 用 微 功 耗 高 速 CMOS 技 术 制 作 , 在 2.5 V ~5.5 V 的低 电 压和 -40 C~85 C 的 温 度 范 围 下 工 作 , 在 3.3 V 8 MHZ 下的工作 电 流低 于 1 mA , 在 禁 式模式下的电流消耗仅约 3 !A 2> 遵循 IFDA 物理层标准 1.3 版本 > 3> 可使用任何 UART, 包括 16550 UART 和微 控制器 MCU >UART, 并为与 IFDA 标准一致的 收发 器 如 MCP601>提供简单接口 4 > 硬件或软件 波特率选择范 围 为 9600 b/S ~ 115.2 kb/S, 在 20 MHZ 时为 312.5 kb/S 最大值 > 5> 带半双工接口 , 任一时刻 系统或者发 射 , 或
Application of MCP2120 and MAX3120 in underwater optical communication
SUN Chun-yuan
School of Information & Engineering, Ocean Uniuersity of China,@ingdao 266100, China
水 下 短 距 离可 见 光通 信 的系 统 [2-4] 0 而 我 国 在 该 领 域起步相对较晚0 基于目前水下短距离无线通信
RXD 引脚输出后通 过 MCP2l20 的 RXIR 引脚 进 入 译码器进行译码 9然后经 RX 引脚馈送到 UART 0 由
于水对红外线来说是不透明的 9 因此为了能在水 下 进 行 通 信 9 可 采 用 Lumiieds 公 司 生 产 的 高 能 量
MCP2l2O 和 MAX3l2O 在水下光通信中的应用
!7l!
图3
MCP2l2O 编 # 解 码时序
表2 BAUD2 ： BAUD0 000 001 010 0111 100 0. 6144 800 1600 3200 4800 9600 2. 000 2604 5208 10417 15625 31250
MCP2l20 的 TX 引脚接收来自 UART 的数据 9 经编 码器编码后通过 TXIR 引脚发送 9IR 收发器的 TXD
引脚接收 TXIR 发送的电脉冲并以光脉冲的形式发 出 9IR 收 发 器 将 接 收 的 光 脉 冲 转 换 成 电 脉 冲 并 经
Vasiiescudeng 等 人 从 2004 年 起 已 相 继 研 制 出 用 于
BAUD0 ~ BAUD2 的状态与波特率、 频率的关系 频率 （ MHZ） 3. 6864 4800 9600 19200 28800 57600 表3 4. 9152 6400 12800 25600 38400 78600 7. 3728 9600 19200 38400 57600 115200 14. 7456 19200 38400 78600 115200 230400 20. 000 26042 52083 104167 156250 312500 波特率 ! Osc / 768 ! Osc / 384 ! Osc / 192 ! Osc / 128 ! Osc / 64