在光收发模块中添加编解码与信号处理模块,核心目标是提升水下信道抗干扰能力(对抗后向散射、环境光、信号衰减)、降低误码率,同时兼容原有TDD时隙控制逻辑。以下从“编码方案选型”“光发送端信号处理”“光接收端信号处理”“与原有系统集成”四部分展开,形成完整技术闭环。
一、编解码方案选型:适配水下信道特性
水下光通信面临“信号衰减大、突发误码多、带宽有限”问题,需选择编译码复杂度低、抗突发误码能力强、编码增益适中的方案,同时避免过度增加时延(适配TDD时隙周期)。最终选定“前向纠错码(FEC)+ 曼彻斯特编码”组合,具体如下:
编码类型 | 选型方案 | 核心优势 | 适配场景 |
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前向纠错码(FEC) | 汉明码(Hamming Code,(7,4)) | 1. 可纠正1位随机误码、检测2位误码; 2. 编码效率66.7%(4位数据→7位码),复杂度低; 3. 硬件实现仅需组合逻辑,无时延累积。 | 对抗水下光信号的随机衰减导致的单比特误码。 |
线路编码 | 曼彻斯特编码(Manchester) | 1. 无直流分量,适配光模块“亮/灭”的OOK调制; 2. 自带时钟信息,避免接收端时钟漂移; 3. 编码后信号边沿丰富,便于同步提取。 | 解决水下长距离传输后的时钟同步问题。 |
二、光发送端:编解码与信号处理实现
光发送端的信号处理流程为:TDD帧数据 → 汉明编码 → 曼彻斯特编码 → OOK调制 → 光信号发送,需与原有FPGA TDD控制模块、LED驱动电路深度集成,具体设计如下:
1. 硬件模块新增与集成
新增模块 | 核心器件/实现方式 | 功能描述 | 与原有模块接口 |
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汉明编码模块 | FPGA内部组合逻辑(Verilog) | 将TDD帧的8位并行数据拆分为2组4位数据,分别进行(7,4)汉明编码,输出14位并行码。 | 输入:FPGA TDD数据缓冲模块的8位并行数据; 输出:14位并行编码数据至曼彻斯特编码模块。 |
曼彻斯特编码模块 | FPGA内部时序逻辑 | 将14位并行汉明码转换为串行曼彻斯特码(1位数据→2位编码,如“0”→“01”,“1”→“10”)。 | 输入:汉明编码模块的14位并行数据; 输出:1位串行编码数据至OOK调制模块。 |
OOK调制驱 |