基于激光通信技术的语音传输装置

摘要本文概述了激光通信的基本原理和国内外发展状况，介绍了其特点和用途。通过对大气信道通信特点的分析，激光波长选择分析，编码方式分析，结合实际设计出一个基于无线激光通信的语音传输装置。大气信道分析主要围绕大气信道的衰减、散射、湍流影响展开；波长分析则与目前较为成熟的红外光通信相比较，展示出红色激光用于通信的可行性和优越性；编码方式分析则比较了几种常用的激光通信编码，本文选择了较简单且高效的PPM调制来实现通信编码。另外，对PPM编码的实现方法讨论则有较新颖的地方。关键词：激光通信大气信道PPMABSTRACTThisarticleoutlinesthebasicprinciplesoflasercommunicationanditsdevelopment,describesitscharacteristicsanduses.Throughtheatmospherechannelonthecharacteristicsofcommunicationanalysis,thelaserwavelengthselectionanalysis,codinganalysis,combinedwiththeactualdesignofalaserbasedwirelesscommunicationsequipmentforvoicetransmission.Theanalysisofatmospherechannelmainlydescribesthedecay,scattering,turbulenceinfluenceof,WavelengthanalysisistoshowthesuperiorityandfeasibilityofredlasercomparedwiththematureIRcommunication,codinganalysismakesacomparisonofseveralcommonlyusedlasercommunicationcodeandchoosePPMmodulationtoachievethecommunicationcodeforitssimplicityandefficiency.Inaddition,thediscussionoftheimplementationofPPMencodinghasnewareas.Keywords：lasercommunicationsatmosphericchannelPPMI目录摘要...............................................................................................1ABSTRACT............................................................................................1第一章绪论..........................................................................................11.1激光通信的概述...........................................................................11.2激光通信技术的发展...................................................................11.3激光通信的国内外发展现状.......................................................21.3.1国外发展现状.........................................................................21.3.2国内发展现状.........................................................................21.4激光通信技术用于语音传输的目的和意义...............................3第二章大气信道分析..........................................................................33.1大气吸收.......................................................................................33.2大气散射.......................................................................................43.3大气衰减.......................................................................................43.4背景光...........................................................................................53.5大气湍流效应...............................................................................5第四章波长选取分析..........................................................................74.1红光与红外.....................................................................................74.2红光实验.......................................................................................9第五章硬件系统设计........................................................................125.1系统总体框图.............................................................................125.2发射端设计...................................................................................12II5.2.1激光器的选择.........................................................................125.2.2半导体激光器调制方式和发射天线选择...........................145.3调制方式.....................................................................................155.3.1调制方式介绍.......................................................................155.3.2PPM..........................................................................................165.3.3我的DPPM实现方法..........................................................175.4接受端设计...............................................................................185.4.1光接受端.............................................................................185.4.2接收端的噪声分析.................................................................185.4.3光探测器的选择...................................................................20第六章软件设计................................................................................226.1ATMEGA16应用到的主要特性.......................................................236.2ADC转换....................................................................................246.3连续转换的实现.........................................................................25参考文献........................................................................................28致谢........................................................................................291第一章绪论1.1激光通信的概述1960年激光的出现极大地促进了许多学科的发展，其中也包括通信领域。激光以其良好的方向性、相干性及高亮度性等特点成为光通信的理想光源。将激光应用于通信，掀开了现代光通信史上崭新的一页，成为当今信息传递的主力军。激光通信是以激光光束作为信息载体的一种通信方式，和传统的电通信一样，它可分为有线激光通信和无线激光通信两种形式。其中，有线激光通信就是近年来发展迅猛的光纤通信。无线激光通信也可称为自由空间激光通信，它直接利用激光在大气或太空中进行信号传递，可进行语音、数据、电视、多媒体图像等信号的高速双向传递。根据使用情况，无线激光通信可分为:点对点、点对多点、环形或网络状通信。在本文中，我们主要研究的是点对点的通信。大气激光通信是自由空间激光通信的一个分支，它以近地面大气作为传输媒介，是激光出现后最先研制的一种通信方式。大气激光通信系统主要由光源、调制器、光发射机、光接收机及附加的电信发送和接收设备等组成。根据所用光源的不同，大气激光通信系统大致可分为半导体激光通信系统、气体激光通信系统和固体激光通信系统。半导体激光器体积小，重量轻，灵活方便，但光束发散角稍大，适合于近地面的短距离通信。气体激光通信系统的体积和重量都较大，但其通信容量也大，光束发散角较小，适合于卫星间通信和定点之间的大容量通信。1.2激光通信技术的发展人们不断寻找更高频率的信息传载体，以实现更大容量地传输信息的目的。1960年第一台激光器的问世，由于激光所具备的良好的光束特性(单色性好、方向性强、功率密度大等)，引发了人们探索以激光光波为载体的通信，即激光通信。激光通信包括激光大气通信(激光无线通信)和光纤通信(激光有线通信)两种形式。激光大气通信，是激光在大气空间传输的一种通信方式。