徐建海开题报告

南京工程学院
毕业设计开题报告
课题名称：水下光学无线通信系统的设计与仿真学生姓名：徐建海
指导教师：谭振建
所在系部：通信工程学院
专业名称：通信工程（无线通信）
南京工程学院
2013年3月10日
毕业设计(论文)开题报告
学生姓名徐建海学号208090113 专业通信工程（无线通信）指导教师姓名谭振建职称讲师所在系部通信工程学院
课题来源自拟课题课题性质工程设计课题名称水下光学无线通信系统的设计与仿真
毕业设计的内容、意义毕业设计内容：
1. 了解光通信等工作原理。

2. 利用PSPICE软件实现水下无线光通信电路设计。

3. 仿真验证电路功能。

毕业设计意义：
在水下无线通信应用中，由于海水是良导体，对电磁波所产生的趋附效应非常严重，导致电磁波信号衰减很大，因此电磁波在水下的传输距离非常有限。

目前，水下无线通信广泛使用的是声学通信技术，水声通信技术具有通信距离远、通信可靠性高等优点。

声学通信技术在浅海和深海的水下无线通信领域中得到了广泛的应用。

但是，水下声学通信也有诸多的局限性:
(1) 水声信道传输延时长、传输速率低。

水中声波的传播速度约为1500m/s，比空
气中的光速低了5个数量级，其数据传输速率随着距离增大而降低。

(2) 可用带宽有限。

水下声学通信中的传输带宽是时变的，一般水下链路的容量比
陆地上的无线链路的容量低很多，如果再考虑多址接入、信道衰落、噪声和干扰等不利因素的影响，实际可获得的链路容量比理想的无线传输速率还要低许多。

(3) 功耗高、体积大。

水下声学换能器功耗较高，并且体积也大，这对于依靠水下
电池工作的无线传感器节点和AUV来说具有较大的影响。

(4) 通信质量易受环境影响。

水下声信号的传输质量与水温、盐度、压力等环境因
素的变化密切相关，在恶劣海洋环境下极易导致通信的失败
(5) 安全性差等。

水下声信号容易被监听，在军事战争中会带来严重的后果。

随着海洋探测技术的发展，基于水下光学或声学的传感技术在海洋监测中的
毕业设计的内容、意义应用也越来越广泛，而这些传感信息的实时传输迫切需要高数据传输速率的水下无线通信技术手段。

声学无线通信技术已无法满足实际应用需求，所以水下声学无线通信等低速率一直是通信中的瓶颈问题。

与水下声学通信技术相比，光学通信技术可以克服水下声学通信的带宽窄、受环境影响大、可适用的载波频率低、传输时延大等缺陷。

因为，一是由于光波频率高，其信息承载能力强，可以组建大容量无线通信链路。

二是光波在水介质的传输速率可达千兆，使得水下大信息容量数据的快速传输成为可能；三是光学通信具有抗电磁干扰能力强，不受海水温度和盐度影响等特点；四是波束具有较好的方向性；五是随着半导体光源关键技术不断突破，体积小、价格低、效率高的可见光谱光电器件充足。

并且由于光波波长短，收发天线尺寸小，可以大幅度减少重量。

虽然光波在水下传播的距离有限（~100m），但是其比声学高达几倍的数据通信速率，良好的安全性已引起海洋科学研究和水下工程等方面的极大兴趣。

正因为水下光学无线通信其自身所具备的大容量、保密、抗干扰等特点伴随着光电子技术产业的高性能器件不断问世以及信号处理技术的发展（譬如，固体半导体激光器、发光二极管、调制和编码技术等），水下光学无线通信必将在21世纪的海洋资源开发、海洋环境监控，以及维护国家安全等领域发挥重要的作用，譬如：水下传感器节点与节点之间的信息传输、水下AUV与水面船只的信息交换、水下AUV与水下航行器之间的信息传输、水下AUV与原位观测系统的信息传输与控制、潜水员与潜水员，潜水员与水面船只的通信等。

研究目的：
本文针对水下光学无线通信应用中的关键技术，开展了对水下光学通信系统中的海水信道光波传输特性、调制技术以及差错控制编码方面的研究。

首先，以水下探测系统的数据高速无线传输为目标，开展了水下光学无线通信模型研究；其次，面向水下光学通信中的误码率问题进行了差错控制方法的初步探讨，为设计高性能的水下光学无线通信系统提供可靠的依据。

毕业设计的内容、意义
研究内容：
本次主要研究内容包括以下几个方面：
（1）针对海水信道特性，建立对不同海水状况的总衰减系数的估算模型，开展水下光学无线通信系统的仿真与实验评估方法研究，为
水下通信系统的总体设计提供依据。

（2）针对水下通信系统中的长距离通信、高码率、低功耗、可靠的传输要求，展开了调制方法对比。

通过对各种调制技术和纠错编码的仿
真分析，提出相关的解决方案，为抑制和缓解海水信道对光学通信
链路产生的影响奠定了基础。

(3) 利用PSPICE软件进行水光学通信系统的仿真。

设计发送装置和接收
装置，同时计算在不同的环境条件下的光学无线通信等误码率，以
及适用通信距离和速率范围。

PSPICE软件介绍：
PSPICE是由SPICE（Simulation Program with Intergrated CircuitEmphasis）发展而来的用于微机系列的通用电路分析程序。

主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。

PSPICE软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路。

它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。

它的主要优点有：
(1)为电路设计人员节省了大量的时间。

(2)节省了各种仪器设备。

(3)生产产品一致性好、可靠性高。

(4)产品的更新率高、新产品投放市场快等。

文献综述参考文献：
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[11] 李小川，蓝绿激光在海水中的散射特性及其退偏研究，电子科技大学
硕士论文，电子科技大学，2006
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Applications.In Proc.Australasian Conf.Robotics and
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研究内容研究相关资料，完成水下光学无线通信系统的设计与仿真
研究计划第一周---第三周：根据任务书要求，搜集、查阅相关资料，完成开题报告；完成英文献翻译；
第四周---第五周：了解与本课题相关技术的发展情况及国内外现状；
第六周---第七周：理解水下光通信的工作原理；
第八周---第九周：设计光通信发送和接收电路功能；
第十周---第十二周：仿真验证电路功能；
第十三周---第十四周：研究工作总结，撰写毕业论文；
第十五周：论文评阅、修改，准备答辩；
第十六周：毕业答辩
特色与创新1.设计周期短，灵活。

利用PSPICE电路仿真软件可以设计仿真发射电路和接收
电路，并设计出不同介质对信号传输造成的影响。

2.利用PSPICE电路仿真软件避免了用实物设计带来的损失，且可以更容易的发
现设计的不足和及时的修改设计的方案，以实现水下光学无线通信。

指导教师
意见
指导教师签名：
年月日教研室意见系部意见
主任签名：
年月日教学主任签名：
年月日
附：与课题内容相关的外文资料翻译不少于2000字，参考文献不少于10种。