一種水下通信的接收端設(shè)備及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水下通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水下通信的接收端設(shè)備及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著水下作業(yè)、活動的增多，使用水下通信的情況越來越廣泛;水下通信是指應(yīng)用環(huán)境在水下的數(shù)據(jù)傳輸方案，目前主要的水下通信方式有電磁波通信和水聲通信。
[0003]水下電磁波通信即是使用電磁波承載數(shù)據(jù)，來實(shí)現(xiàn)水下的數(shù)據(jù)傳輸;然而，電磁波的頻率越高，其傳輸衰減越大，所以水下電磁波通信一般采用長波或甚長波通信，但是波長越長所需要的發(fā)射天線就越大，這將增大布設(shè)難度，并不適用于水下通信環(huán)境；
[0004]水聲通信即是使用聲波承載數(shù)據(jù)，來實(shí)現(xiàn)水下的數(shù)據(jù)傳輸;然而，聲波的速率一般只能達(dá)到幾k/b至幾十k/b，無法承載大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信。
[0005]基于此，如何提供一種水下通信方案，以適用于水下通信環(huán)境，且實(shí)現(xiàn)高速率的水下數(shù)據(jù)傳輸，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員需要考慮的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種水下通信的接收端設(shè)備及系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)適用于水下通信環(huán)境，且高速率的水下數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?br>[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供如下技術(shù)方案:
[0008]—種水下通信的接收端設(shè)備，包括:
[0009]由多個(gè)SPAD構(gòu)成的SPAD陣列，所述SPAD陣列的各SPAD用于捕捉光信號，并轉(zhuǎn)換為電信號；
[0010]與所述SPAD陣列連接的處理電路，所述處理電路用于根據(jù)所述SPAD陣列整體轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，得出傳輸數(shù)據(jù)。
[0011 ]可選的，所述SPAD陣列的各SPAD在設(shè)定檢測時(shí)間內(nèi)捕捉光子，并轉(zhuǎn)換為電信號；
[0012]所述處理電路包括:
[0013]與所述SPAD陣列連接的計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器根據(jù)各SPAD在設(shè)定檢測時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換的電信號，確定各SPAD在設(shè)定檢測時(shí)間內(nèi)所捕捉的光子數(shù)量，并對各SPAD在設(shè)定檢測時(shí)間內(nèi)所捕捉的光子數(shù)量進(jìn)行疊加，得到光子數(shù)量疊加結(jié)果；
[0014]與所述計(jì)數(shù)器連接的解調(diào)編碼器，所述解調(diào)編碼器根據(jù)所述光子數(shù)量疊加結(jié)果進(jìn)行解調(diào)編碼，得到解調(diào)編碼結(jié)果；
[0015]與所述解調(diào)編碼器連接的數(shù)據(jù)恢復(fù)器，所述數(shù)據(jù)恢復(fù)器根據(jù)所述解調(diào)編碼結(jié)果恢復(fù)相應(yīng)數(shù)據(jù)，得出傳輸數(shù)據(jù)。
[0016]可選的，所述水下通信的接收端設(shè)備還包括:
[0017]連接在所述SPAD陣列和所述處理電路之間，對所述SPAD陣列的各SPAD轉(zhuǎn)換的光信號進(jìn)行放大濾波處理的放大濾波電路。
[0018]可選的，所述SPAD陣列的各SPAD以異步方式捕捉光信號。
[0019]可選的，所述處理電路為FPGA芯片。
[0020]可選的，所述SPAD陣列由32行X 32列的SPAD構(gòu)成。
[0021]可選的，所述處理電路設(shè)置于通信節(jié)點(diǎn)內(nèi)，所述通信節(jié)點(diǎn)與至少一個(gè)SPAD陣列連接。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種水下通信的系統(tǒng)，包括:
[0023]發(fā)送端設(shè)備，和，如上述所述的接收端設(shè)備；
[0024]其中，所述發(fā)送端設(shè)備包括:發(fā)出光信號的LED。
[0025]可選的，所述發(fā)送端設(shè)備還包括:
[0026]處理傳輸數(shù)據(jù)對應(yīng)的電信號的數(shù)字處理電路；
[0027]分別與所述數(shù)字處理電路和所述LED連接，根據(jù)所述數(shù)字處理電路的處理結(jié)果，驅(qū)動所述LED發(fā)出光信號的驅(qū)動電路。
[0028]可選的，所述LED為藍(lán)光LED。
[0029]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的接收端設(shè)備，包括:由多個(gè)SPAD構(gòu)成的SPAD陣列，所述SPAD陣列的各SPAD用于捕捉光信號，并轉(zhuǎn)換為電信號；與所述SPAD陣列連接的處理電路，所述處理電路用于根據(jù)所述SPAD陣列整體轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，得出傳輸數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例在水下環(huán)境中，采用可見光承載數(shù)據(jù)，由于可見光在水下傳播信道存在窗口并且頻率資源豐富，因此可適用于水下通信環(huán)境，且可見光具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，因此保證了高速率的水下數(shù)據(jù)傳輸；同時(shí)，以SPAD陣列檢測光信號，可提升水下光信號檢測的靈敏度，提升水下通信距離。本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的接收端設(shè)備，可適用于水下通信環(huán)境，具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，且水下通信距離較大。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0031 ]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的接收端設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的接收端設(shè)備的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的接收端設(shè)備的再一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的接收端設(shè)備的應(yīng)用示意圖；
[0035]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的通信節(jié)點(diǎn)與通信節(jié)點(diǎn)間的通信示意圖；
[0036]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的通信節(jié)點(diǎn)與移動臺間的通信示意圖；
[0037]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的系統(tǒng)的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的系統(tǒng)的再一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的應(yīng)用例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]由于可見光在水下傳播信道存在窗口并且頻率資源豐富，因此本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信方案，主要基于水下可見光通信技術(shù)實(shí)現(xiàn);水下可見光通信即是應(yīng)用環(huán)境在水下，以可見光頻譜承載數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在水下傳輸數(shù)據(jù)的方案;進(jìn)一步，通過SPAD陣列檢測光源發(fā)出的光信號，可提升水下光信號檢測的靈敏度，提升水下通信距離。
[0042]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0043]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的接收端設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，參照圖1，該水下通信的接收端設(shè)備可以包括:
[0044]SPAD陣列10和處理電路20;
[0045]其中，SPAD陣列10由多個(gè)SPAD(Single Photon Avalanche D1de，單光子雪崩二極管)11構(gòu)成；
[0046]在本發(fā)明實(shí)施例中，SPAD陣列設(shè)置于水下，SPAD陣列的各SPAD可捕捉水下信道傳輸?shù)墓庑盘?，并轉(zhuǎn)換為電信號；
[0047]可選的，水下信道傳輸?shù)墓庑盘柨捎蒐ED光源發(fā)出，該LED光源可以是水下移動臺的LED光源，也可能是水下感應(yīng)器的LED光源；
[0048]即本發(fā)明實(shí)施例中，水下移動臺的LED光源，水下感應(yīng)器的LED光源發(fā)出的光信號，通過水下信道傳輸后，可被設(shè)置于水下的SPAD陣列捕捉檢測到；
[0049]基于單個(gè)SPAD—次只能捕捉一個(gè)光子，因此本發(fā)明實(shí)施例通過由多個(gè)SPAD構(gòu)成的SPAD陣列作為接收端設(shè)備的光信號接收部分，可提升接收端設(shè)備對水下信道傳輸?shù)墓庑盘柕臋z測能力；
[0050]處理電路20與SPAD陣列10連接，可根據(jù)SPAD陣列整體轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，得出傳輸數(shù)據(jù)。
[0051]本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的接收端設(shè)備，包括:由多個(gè)SPAD構(gòu)成的SPAD陣列，所述SPAD陣列的各SPAD用于捕捉光信號，并轉(zhuǎn)換為電信號；與所述SPAD陣列連接的處理電路，所述處理電路用于根據(jù)所述SPAD陣列整體轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，得出傳輸數(shù)據(jù)。
[0052]本發(fā)明實(shí)施例在水下環(huán)境中，采用可見光承載數(shù)據(jù)，由于可見光在水下傳播信道存在窗口并且頻率資源豐富，因此可適用于水下通信環(huán)境，且可見光具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，因此保證了高速率的水下數(shù)據(jù)傳輸；同時(shí)，以SPAD陣列檢測光信號，可提升水下光信號檢測的靈敏度，提升水下通信距離。本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的接收端設(shè)備，可適用于水下通信環(huán)境，具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，且水下通信距離較大。
[0053]值得注意的是，本發(fā)明實(shí)施例以SPAD陣列檢測光信號，而不以PD(光電二極體)、APD(高級光電二極管)等感光器件檢測光信號，是因?yàn)閞o、Aro等感光器的靈敏度較低，一般只能接收強(qiáng)度不低于_30dBm的光信號，這限制了水下通信距離；而SPAD檢測光信號的靈敏度較高，因此本發(fā)明實(shí)施例以SPAD陣列檢測光信號，能夠克服可見光水下通信距離受限的問題，增加水下通信距離。
[0054]在本發(fā)明實(shí)施例中，單個(gè)SPAD的管子只要被光子激發(fā)都無差別的輸出一個(gè)脈沖，而本發(fā)明實(shí)施例采用SPAD陣列捕捉光子，可使得多個(gè)SPAD輸出的脈沖在后續(xù)計(jì)數(shù)時(shí)，不會出現(xiàn)削峰失真；
[0055]本發(fā)明實(shí)施例可通過設(shè)置設(shè)定檢測時(shí)間，使得處理電路接收SPAD陣列在該設(shè)定檢測時(shí)間內(nèi)，整體輸出的脈沖;進(jìn)而計(jì)算出各SPAD在設(shè)定檢測時(shí)間內(nèi)捕捉的光子數(shù)，以設(shè)定的調(diào)制、編碼方式，根據(jù)各SPAD在設(shè)定檢測時(shí)間內(nèi)捕捉的光子數(shù)恢復(fù)出傳輸數(shù)據(jù)。
[0056]可選的，圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的水下通信的接收端設(shè)備的另一結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖1和圖2所示，該水下通信的接收端設(shè)備中，處理電路20可以包括:計(jì)數(shù)器21，解調(diào)編碼器22，數(shù)據(jù)恢復(fù)器23;
[0057]其中，計(jì)數(shù)器21與SPAD陣列連接;計(jì)數(shù)器可根據(jù)各SPAD在設(shè)定檢測時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換的電信號，確定各SPAD在設(shè)定檢測時(shí)間內(nèi)所捕捉的光子數(shù)量，并對各SPAD在設(shè)定檢測時(shí)間內(nèi)所捕捉的光子數(shù)量進(jìn)行疊加，得到光子數(shù)量疊加結(jié)果；
[0058]解調(diào)編碼器22與計(jì)數(shù)器21連接;解調(diào)編碼器可根據(jù)所述光子數(shù)量疊加結(jié)果進(jìn)行解調(diào)編碼，得到解調(diào)編碼結(jié)果；
[0059]數(shù)據(jù)恢復(fù)器23與解調(diào)編碼器22連接;數(shù)據(jù)恢復(fù)器可根據(jù)所述解調(diào)編碼結(jié)果恢復(fù)相應(yīng)數(shù)據(jù)，得出傳輸數(shù)據(jù)。
[0060]在本發(fā)明實(shí)施例中，SPAD陣列的各SPAD在捕捉光信號的過程中是沒有記憶所捕捉的光子數(shù)量的功能的，SPAD只是捕捉光信號并作出響應(yīng)，轉(zhuǎn)換出電信號;所有SPAD所捕捉的光子的數(shù)量是由計(jì)數(shù)器監(jiān)督計(jì)算的，