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随着社会经济和科技的高速发展和进步,人类在水下探索活动逐渐增多。在水下机器人和蛙人作业、UUV移动观测、军用潜艇通信、沉船打捞和飞机失事搜索以及水下传感网络等领域,对高速大容量实时安全的数据传输需求日益增加。由于海水在450～550nm蓝绿光波段是海水的“透光窗口”,因此安全性高、可靠性强、成本低、传输速率快和低延时的水下无线光通信(UWOC)技术成为了目前水下通信领域的重点和热点。相比于LD,LED光具有发散的性质,通信系统无需精确对准;LED的热阻较低,因此可以发出较高的光功率;而且LED更便宜。因此基于LED的UWOC具有作为高速短距离大容量实时数据传输和广泛应用的潜力。本文采用美国cree公司的XPE2系列蓝光LED作为发射光源和日本滨松公司的S6968硅PIN光电二极管作为光电探测器,基于FPGA设计并搭建了一套水下无线光通信系统。本课题的主要研究内容有以下几个方面:(1)围绕水下无线光通信的研究背景及意义,对比分析了目前常见水下无线通信技术的优缺点,介绍了UWOC国内外具有代表性的研究成果以及发展趋势。(2)主要是针对光的吸收和散射损耗、光束扩散和多径散射,研究海水的光学特性对UWOC系统的影响,并通过光通信的链路总损耗,预算系统发射端所需要的最小发射功率。(3)详细介绍了多进制数字脉冲周期调制(MDPCM)的基本原理;并对MDPCM调制和常见调制方式的带宽利用率、传输速率等性能进行了对比分析;重点研究了MDPCM调制和解调在FPGA上的设计和实现,并解决了同步问题。(4)详细介绍了收发两端系统的硬件电路设计与实现以及调试。发射端主要包含UART接口模块、FPGA模块、电源模块和光源驱动模块以及LED阵列光源;接收端主要包含电源模块、光电探测器和信号处理模块、FPGA模块以及串口模块,其中信号处理模块由跨阻前置放大电路、主放大和带通滤波电路以及整形电路组成。(5)将系统软件和硬件进行联调,最终对整个系统进行水下联调。在不同水体和调制速率的情况下,在实验室水箱中对搭建的通信系统进行多次测试,得出对应的误码率结果。