根据紫外线发光二极管（UV LED）规划了一个紫外光通讯体系，为此研讨了光路规划、时钟康复、信道编码等内容，并要点规划了双工传输协议，用较小的资源完结了4.8Kb/s信息的传输。该体系能够用于近距离语音和数据的双向保密传输。
紫外光通讯具有十分好的非视距传输和保密功用。传统的紫外光通讯体系尺度过大，难以实践运用。紫外光通讯作为一种新的通讯手法，其最杰出的长处是不易被勘探和截收，能够经过散射进行非视野通讯，十分适用于近距离抗搅扰和有遮挡的通讯环境。
国外从20世纪60年代开端研讨紫外光通讯，完结了从基本原理到有用体系的多方面研讨。2000年美国GTE公司为美军研发成功了一种根据汞灯的新式荫蔽式紫外光无线单工通讯体系，该体系通讯速率为4.8Kb/s，误码率能够抵达106 。2002年，美国国防部高级研讨计划局（DARPA）发动半导体紫外光体系（SUVOS）计划，其间心使命是制作紫外发光二极管（UV LED）。在该计划的推进下，现在UV LED现已研发成功并开端量产。
美国加州大学河滨分校和麻省理工学院别离运用UV LED构建了单工通讯实验体系，并对紫外光传输信道的特性进行了研讨。
国内从2000年开端对紫外光通讯技能进行盯梢，重庆大学、北京理工大学、国防科技大学等单位都先后完结了紫外光单工通讯体系原型的研发，传输速率最高可达9.6Kb/s。可是到现在为止，国内这些体系选用的紫外光源仍然是低压汞灯或氙灯，体积和功耗均较大，难以小型化和便携运用。别的一个杰出的问题是：国内外的这些体系都只能进行单工通讯，必定程度上约束了体系的有用性。
本文研讨并规划了一种根据UV LED的双工紫外光通讯体系计划，可用于空天短距离语音和数据的双向保密传输。
一.紫外光通讯的特色
紫外光通讯具有如下一些特色：
1.波长为200~280nm。这个频段是敞开的，不受无线电管理委员会的约束，运用时不需求进行频率请求。
2.200~280nm的紫外光归于日盲段。这个波长的太阳光受大气分子和悬浮颗粒的吸收，信号强度按指数规则衰减，抵达地表邻近时的能量十分弱小。因而，紫外光通讯的背景噪声十分小。
3.因为受大气衰减的影响，紫外光合适1km规模内的短距离通讯，超越这个规模后将难以勘探，对它进行搅扰和侦听的可能性很小。因而，紫外光通讯的保密性十分高。
4.紫外光源对接纳器视场地点空间进行照耀，经过充满在大气层中的细小颗粒，散射到接纳器的视场区，并被接纳器接纳。因而，紫外光能够进行非视野通讯（NLOS），合适在有遮挡的场景中运用。
因为上述特色，紫外光通讯体系可在战术移动通讯和保密通讯中得到广泛运用。
二.双工紫外光通讯体系规划
现在的紫外光通讯体系都是单向通讯，调制方法选用的是惯例的OOK（通断）和PPM（脉冲方位调制）形式。若想完结双向通讯，一种计划是采纳频分复用的方法，收发两边在200~280nm规模内别离占用一个不同的波长；别的一种计划是采纳时分复用的方法，收发两边共用一个波长，可是占用不同的时刻片。因为日盲段的波长规模有限，前一种计划的体系容量难以进步。本文采纳第二种计划。
1.体系组成
体系的中心部件是UV？LED和紫外光检测器，此外还有一片可编程逻辑阵列（FPGA），外接语音紧缩编解码芯片和USB接口芯片，别离用来支撑语音和数据的传输，如图1所示。
图1紫外光通讯体系组成框图
其间UV LED选用的是韩国首尔光设备公司的T5F28，其波长为280nm，发射功率为150mW。光检测器选用的是日本滨松公司的R7154，其波长规模为160~320nm。FPGA首要完结四个方面的功用：接纳数据的守时康复和判定；数据的加扰宽和扰；信道编译码；数据的组帧宽和帧。
当体系处于发送形式时，组帧之后的信号首要进行2PPM的调制，然后经过电流驱动器去驱动UV LED，发生受控的紫外光；当体系处于接纳形式时，紫外光检测器把收到的光信号转化成电信号，经过低通滤波器和自动增益控制器，经模/数转化后送给FPGA进行后续处理。
2.关键技能
在紫外光传输体系的规划过程中，需求处理如下关键技能。
（1）光路规划
因为紫外光的散射传达特性，UV LED的视场角和检测器的视场角堆叠的区域越大，接纳到的光能量就越多，接纳信噪比就越高。考虑到体系选用的UV？LED的视场角只要10°，为了增大收发两边在存在视野遮挡情况下的堆叠区域，需求经过光学透镜增大发送光源的视场角。凹透镜能够对入射光束起发散效果，如图2所示，所以经过多个凹透镜的组兼并调理UV？LED和凹透镜的距离，就能够得到满足要求的发射视场角。
图2凹透镜典型光路示意图
（2）守时康复
和惯例的数字通讯相同，接纳端需求对检测器输出的电信号进行时钟康复，并对最佳采样点进行判定。另一方面，因为调制方法采纳的是2PPM，惯例数字接纳机中的载波康复在这儿并不需求。
时钟差错估量算法可选用经典的Gardner算法，这儿不再赘述。
（3）扰码、信道编码
为了进步数据传输的抗搅扰才能，可在体系中参加信道纠错编码。一起为了更好地进行守时康复，还需对发送的数据进行加扰处理。这儿运用的扰码多项式为x5+x3+1，信道纠错编码为（2，1，7）卷积码，其生成多项式为(171)o，133o。
（4）双工通讯协议
在紫外通讯体系中，因为紫外光源和检测器的波长是固定的，要想支撑多个用户间的双向通讯，选用时分复用的多址方法（TDMA）和载波侦听的接入方法（CSMA）是一种较好的挑选。
关于一个用户容量为N的体系，总共设置N个时隙，每一个用户占用一个时隙。考虑到紫外光通讯的规模通常在1km&TImes;1km以内，所以时隙之间的维护距离能够设置得十分小。
以容量为10人的紫外光语音通讯体系为例阐明数据帧结构的规划。考虑到通常情况下人说话的语速为每分钟160~180个汉字，在保存必定余量的情况下，假定每分钟240个汉字，假如紧缩后的语音信号速率为4.8Kb/s，能够算出均匀每个汉字时刻内的比特数为1200b。据此规划的数据帧结构如图3所示，其间数据的信息速率为60Kb/s，信息体长度为1200b，时隙头长度为96b。时隙头包含前导序列、信息类型、发送方代号和接纳方代号，长度别离为72b，8b，8b和8b。每一个用户只处理接纳代号和自己的代号共同的时隙。收发两边作为一个组合占用相邻的两个时隙。前导序列为0，1替换的序列，信息类型的界说如表1所示。
图3 数据帧结构规划
整个体系的作业流程如下：
用户接入：假如用户k需求建议和用户j的通讯，首要监听时隙1~10，假如用户j处于忙状况，则等候；不然假如信道上有空闲时隙对，则使用该时隙对的前一个时隙进行接入请求，一起接纳自己的请求信息。假如接纳的信息和发送的信息共同，标明没有别的一个用户正在竞赛该时隙，则能够占用该时隙，用户j使用该时隙对的后一个时隙宣布请求应对信息；假如接纳的信息和发送的信息不共同，标明有别的一个用户正在竞赛该时隙，则随机推迟Δ（Δ的规模取决于总的用户数）个数据帧的时刻后再进行接入请求。
用户退出：假如用户k或j要退出该体系，需求使用其占用的时隙宣布断开请求，对应的用户宣布断开应对后，两边一起开释占用的时隙对。
体系同步：为了确保整个体系的时钟同步，防止不同用户时隙的彼此堆叠，可采纳两种办法：
（1）时隙间留有3.4ms的维护距离；
（2）除了参加体系的第一个用户，后续用户都要经过锁相环技能把本身的时钟调整成和第一个用户共同。一切的用户退出体系后，体系的时钟同步又要以第一个新接入的用户为基准而重新开端。
3.体系测验
紫外光收发模块如图4所示，板卡尺度均小于5cm&TImes;5cm。为了加大紫外光的发射功率，在发射端还选用了LED阵列。根据上述模块构建的测验体系标明，收发两边在室内能够完结4.8Kb/s的明晰的语音通讯。后续还将进行室外环境下的测验。
图4紫外光收发模块
三.结语
紫外光通讯不易被勘探和截收，能够经过散射进行非视野通讯，十分适用于近距离抗搅扰和有遮挡环境下的通讯。本文规划了一个根据LED的紫外光通讯体系，研讨了光路规划、时钟康复、信道编码等方面的内容，并要点规划了双工通讯协议，开始展开了链路功用测验。该体系将可用于语音和数据的双向保密传输。
