紫外光通信專利分析及性能改進(jìn)

劉義樂(lè)

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州　450002）

紫外光通信專利分析及性能改進(jìn)

劉義樂(lè)

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州450002）

本文分析了國(guó)內(nèi)有關(guān)紫外光通信的專利，梳理了技術(shù)發(fā)展路線，在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提升非視距紫外（UV-NLOS）通信系統(tǒng)性能，將RS（18，10）糾錯(cuò)編碼應(yīng)用于紫外光通信并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，RS碼帶來(lái)明顯的編碼增益，有效提升了系統(tǒng)性能。

專利分析；非視距紫外光；RS糾錯(cuò)碼；誤碼率測(cè)試

在無(wú)線光通信系統(tǒng)中，由于200nm～280nm的C波段紫外光在地表是日盲區(qū)，因此備受關(guān)注，大氣中的分子和微粒對(duì)紫外光的散射特性使得紫外光可以實(shí)現(xiàn)非視距的通信［1］。實(shí)驗(yàn)方面，用紫外激光器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通信，UVLED、紫外汞燈和低成本探測(cè)器等實(shí)用化通信上的探索。理論方面，紫外單散射模型和多散射模型逐步完善［2］。

1國(guó)內(nèi)紫外光通信的專利分析

1.1光學(xué)器件的研究

2008年，蘇州德龍激光有限公司向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提出了一件“一種用于晶圓切割的紫外激光加工設(shè)備”的發(fā)明專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810124267.6；2012年，沈陽(yáng)師范大學(xué)申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210005299.0的發(fā)明專利，提出了一種利用偏振分光棱鏡和直角反射棱鏡實(shí)現(xiàn)藍(lán)、綠、紫外激光同時(shí)輸出的激光裝置。

探測(cè)器方面，2004-2006年間，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所申請(qǐng)了氮化鎵基紫外探測(cè)器（CN200410033587.2）的專利，2010年中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所申請(qǐng)了申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010284488.7的具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測(cè)器，2011年成都凱邁科技有限公司申請(qǐng)了一種高可靠性的紫外光電管（CN201110271456.8），此外2013-2014年間，吉林大學(xué)，清華大學(xué)也分別提出了一系列針對(duì)紫外光探測(cè)器的改進(jìn)技術(shù)（CN201310210273.4，CN201410360909.8）。

2015年，浙江大學(xué)城市學(xué)院申請(qǐng)?zhí)枮镃N201510038290.3的專利根據(jù)堿金屬銣原子的紫外波段的能級(jí)躍遷譜線特性，實(shí)現(xiàn)了一種紫外原子濾光器。

1.2 通信系統(tǒng)的改進(jìn)

2006年中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所申請(qǐng)?zhí)枮镃N200610116264.9的專利公開(kāi)了一種紫外光通信系統(tǒng)。2009年中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910090155.8的專利引入了發(fā)散透鏡和APD陣列，2011-2014年，西安理工大學(xué)（CN201110135990.6）、北京郵電大學(xué)（CN201210076043.9）、中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)（CN201210235544.7）分別提出了用以提高通信速率和距離的技術(shù)方案。

調(diào)制方面，2012年，北京郵電大學(xué)（CN201210246745.7）引入了擴(kuò)頻通信，中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)（CN201210282383.7）提出了控制偏振光的方法，中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心（CN201410109608.8）提出了利用脈沖調(diào)制的技術(shù)。

組網(wǎng)方面，西安理工大學(xué)于2011年提出了紫外無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)中基于蟻群的QoS優(yōu)化路由方法（CN201110426046.6），并于2012年又提出基于令牌環(huán)技術(shù)的無(wú)線紫外光環(huán)網(wǎng)通信（CN201210540485.4），2013年中國(guó)人民解放軍重慶通信學(xué)院申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310750756.3的專利在紫外光通信中嘗試了Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

2　紫外光通信系統(tǒng)的性能改進(jìn)

從分析結(jié)果來(lái)看，目前針對(duì)紫外通信的編碼研究還較少，尋找一種高性能編碼以提高紫外光的通信性能成為當(dāng)前的必要。紫外光通信中最主要的損耗為路徑損耗，易出現(xiàn)突發(fā)差錯(cuò)，而長(zhǎng)組碼更易導(dǎo)致連續(xù)差錯(cuò)，因此，短組碼更適合紫外光通信。RS編碼部分采用線性移位反饋寄存器構(gòu)成的除法電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。譯碼器采用流水設(shè)計(jì)，各模塊的功能由它的上一個(gè)模塊的計(jì)算結(jié)果而觸發(fā)［3］

2.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)改進(jìn)

該平臺(tái)選用紫外LED作為光源，信號(hào)經(jīng)過(guò)RS糾錯(cuò)編碼，PPM調(diào)制送入LED驅(qū)動(dòng)。接收端利用光電倍增管（PMT）探測(cè)信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波后，進(jìn)行解調(diào)和RS譯碼。

2.2 性能驗(yàn)證

通信距離、收發(fā)仰角都是影響紫外光通信信噪比的重要因素。實(shí)驗(yàn)在相同BER情況下，測(cè)試有無(wú)RS時(shí)所能達(dá)到的通信距離來(lái)衡量RS給通信系統(tǒng)所帶來(lái)的性能提升。

圖1 不同收發(fā)仰角下，有無(wú)RS時(shí)的BER測(cè)試

如圖1所示，實(shí)驗(yàn)分別測(cè)試了不同收發(fā)仰角，逐漸增加距離時(shí)的BER結(jié)果。收發(fā)仰角為0°—0°，誤比特率為10-3時(shí)，無(wú)RS編碼的通信距離為30m，有RS時(shí)的距離達(dá)到了38m，距離增益為1.13dB。當(dāng)誤比特率為10-4時(shí)，距離增益為1.3dB，誤比特率為10-6時(shí)增益為2dB。在通信狀況良好時(shí)，RS所帶來(lái)的增益較高，當(dāng)BER不大于10-2時(shí)，RS仍可以帶來(lái)性能提升，當(dāng)BER大于10-2時(shí)，信道惡化超出了糾錯(cuò)范圍，系統(tǒng)性能將很難有所改進(jìn)。

3　結(jié)語(yǔ)

本文基于專利分析的結(jié)果提出了將RS編碼應(yīng)用于紫外光通信系統(tǒng)的方案，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)RS增益進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，在信道狀況一定的情況下，RS編碼可以對(duì)紫外光通信系統(tǒng)的性能有顯著的提升，隨著信噪比的優(yōu)化，RS碼所獲得的增益也將提高。

［1］W S Ross，R S Kennedy.An investigation of atmospheric optically scattered non-line-of-sight communication links［J］.Army Research Office Project Report，Research Triangle Park，NC，1980.

［2］H Ding，G Chen，A K Majumdar，etc.Modelingof non-lineof-sight ultraviolet scattering channels for communication［J］.IEEE J.Sel.Topics Comm，2009，27（9）：1535-1544.

［3］任友.RS碼編譯碼算法研究及其硬件實(shí)現(xiàn)［D］.成都：電子科技大學(xué)，2003.

Patent Analysis and Performance Improving of Ultraviolet Llight Communication

Liu Yile
（Patent Examination Cooperation Henan Center of The Patent Office，SIPO，Zhengzhou Henan 450002）

In order to trace the technology-line of ultraviolet（UV）communication system，An patent analysis have donewith thedomestic patents.For advanced improvingthecapability of thesystem，An error correction codingof RS （18，10）is designed and implemented on the UV communication experiment platform.The test results show that，an obviousgainisbrought tothesystemwithRScode.

patent analysis；UV-NLOS communication；RS code；BER

TN929.12

A

1003-5168（2016）06-0072-02

2016-5-17

劉義樂(lè)（1986-），男，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：計(jì)算機(jī)通信。