工程论文哪里有？本文系统通过一系列数字信号处理方式提高了系统的鲁棒性。然而由于滑窗滤波的局限性，对于随机噪声并不能很好的去除，因此可以加入自适应数据预处理方法，滤除更多的噪声可以明显提升系统性能。
第一章 绪论
1.2.2 国外研究现状
1963年，Sullivan和Duntley等人经过研究发现[13]，450~525𝑛𝑚波段的蓝绿光在海水中受到衰减作用最小，传输衰减系数最小。这为水下无线光通信光源选择提供了重要的理论开端。
1977年和1983年，以美国为首的北约国家和苏联展开军事竞争，相继进行了深海通信实验和海面分界通信实验，实现了水下激光对潜通信[25-26]。
1995年，Woods Hole海洋研究所对水下光通信展开研究，实现了一套基于LED可实现10𝑀𝑏𝑝𝑠传输速率和20𝑚洁净水链路通信样机[27]。 2004年，澳大利亚Schill等学者设计了一套小型光通信收发器，利用蓝绿LED在物理层实现57.6𝐾𝑏𝑖𝑡/𝑠的通信速率，传输距离达到1~2𝑚[28]。
2008年，Hanson等人对水下无线光通信特性进行模拟仿真研究，通过蒙特卡洛方法模拟不同水质水体，对数据通信速率高达 1𝐺𝑏𝑝𝑠的水下光通信进行仿真，验证了水下可见光高速通信的可行性[29]。同年，美国Mullen等人深入分析了海水光特性影响，成功搭建了水下传感器网络[30]。
2009年,Hanson再次利用蒙特卡洛方法进行理论和实验分析，证明了利用绿色激光可以实现2𝑚水下距离，36𝑑𝐵消光比无误码通信[31]。同年，瑞士日内瓦大学的Brizzolara等人经过设计与实验，实现了通信速率100𝐾𝑏𝑝𝑠的水下光通信系统，系统分析了不同波长的水下衰减影响[32]。
2013年，Cochenour团队提出了一种新的测量频率响应的方法，该方法具有高灵敏度和高动态范围的特点[33]。该方法用来探测不同漫衰减系数下光信号传输情况，结果显示具有良好的效果。同年，麻省理工的Doniec设计研发了一种新型高带宽水下光通信设备，可以实现高清视频、图像和传感器数据等大数据量实时传输场景，在50𝑚距离传输速率达4𝑀𝑏𝑝𝑠[34]。
2018年，日本国立海洋研究机构Sawa 等人在700𝑚深海域中设计实现了通信速率为20 𝑀𝑏𝑝𝑠的UVLC系统[35]。
第三章 水下高速激光通信系统的FPGA设计与仿真分析
3.1 水下高速激光通信系统框架设计
在第二章的调制方案介绍中，OOK调制方式带宽利用率高，带宽需求小，发射功率最高，适用于水下高速实时通信，因此本系统选取该方式进行调制解调设计。所设计的水下高速激光通信系统框图如图3.1所示，由发射端、水下信道和接收端三部分组成。发射端由发射端上位机、FPGA模块和基于LD的激光器模块组成，其中FPGA模块包括以太网通信模块、数据缓冲成帧模块和OOK调制模块。接收端由接收端上位机、FPGA模块和PMT探测模块组成，其中FPGA模块包括AD采样模块、数据预处理模块、峰值检测模块、联合阈值判决、帧同步、数据恢复和以太网通信模块。
第四章 OOK水下激光通信实验与性能测试
4.1实验系统搭建与实现
基于FPGA的OOK高速激光通信系统实验系统示意图如图4.1所示。
系统主要包括发射端、模拟海水信道、接收端和其他封装机械结构。下面对系统各部分进行详细介绍，并且在不同的实验环境条件下，对系统的通信速率和误码率进行测试。
4.1.1 FPGA器件和芯片选型
由于需要实现高速通信，FPGA通信板则是采用赛灵思公司的Kintex系列FPGA芯片，K7系列芯片采用28𝑛𝑚流片工艺，非常适用于便携场景下的水下通信设备开关。一方面，该芯片相较于Virtex-6系列，不仅在降低了成本的情况下，同时功耗较低了一半左右，性能提升了30%，另一方面，K7系列芯片不仅拥有基础的存储器和逻辑单元，并且可以实现高速信号处理，支持无线通信网络部署等优点。考虑成本和功耗要求，K7系列适用于水下激光通信。如图4.2所示为Kintex-7系列型号FPGA内部资源分布。考虑资源利用和通信系统软件迭代 升级，选用资源适中的XC7K325T作为通信板芯片。
4.2实验测试及结果分析
4.2.1 洁净水池实验
在将计算机和终端进行连接之后，接下来对计算机进行相关的IP地址和物理MAC地址绑定，将计算机和FPGA进行局域网互联。通过ISE对OOK调制解调算法进行设计，然后下载固化到FPGA通信板芯片进行测试。收发两端供电都为12V，工作电流为3A，收发机准向通信开角（全角）≤600，在实验水池中摆放如图4.8所示。
在发送端发送数字信息1到9，通过预留信号线观察到调制信号如图4.9所示，通过示波器可以看到，发送端调制码元为40𝑛𝑠宽度，符合25𝑀𝑏𝑝𝑠通信速度调制要求，同时信号峰值最大为940𝑚𝑣，工作电流为3𝐴的情况下，发射端实际光功率约为2.82𝑊。并且由于没有经过信道，调制信号质量非常好。
第五章 总结与展望
5.2 展望
水下无线光通信技术的研究是多学科交叉的前沿技术领域，涉及通信、光学、机械等多个领域。本系统基于FPGA平台和OOK调制方式设计的水下高速激光通信系统具有抗干扰能力强等优点。但在未来的研究工作中依然存在许多需要优化的地方：
（1）本系统光源发射采用多个激光器同时发光，得到25𝑀𝑏𝑝𝑠的调制光信号。这样的设计依然存在可以提升的空间，若需要提高通信速率，可以将多个激光器进行光复用，每一个激光器都单独发送调制信息，达到时分复用的效果，如两个激光器可以提升到50𝑀𝑏𝑝𝑠的通信速率，如何复用调制信号以及多个激光光源的散热问题是设计的关键。
（2）本文对海水中光衰减特性进行分析，仅考虑了水下静态海水环境下的物质因素，没有考虑到海洋湍流、气泡等引起的折射等因素。当处于不同海域时，发射端和接收端所处海水环境并不一致，所受到的湍流影响也不尽相同。因此需要建立更加准确水下光通信系统模型，对光在海洋环境受到的所有复杂因素进行建模分析，统计光信道规律，为光通信系统提供更加准确的理论依据。
（3）本文系统通过一系列数字信号处理方式提高了系统的鲁棒性。然而由于滑窗滤波的局限性，对于随机噪声并不能很好的去除，因此可以加入自适应数据预处理方法，滤除更多的噪声可以明显提升系统性能。
（4）本系统通过在实验室水池和室外水池中进行实验，验证了系统中短距离通信的可行性，在有条件的情况下应继续在真实的海洋环境中进行海水测试。
参考文献（略）
