基于宽视场角和双向无人机的摄像头光学无线通信技术

《IEEE Photonics Journal》：Wide Field-of-View (FOV) and Bidirectional Unmanned-Aerial-Vehicle (UAV) based Optical Wireless Communication (OWC) Using Camera

　　

摘要：

无人机辅助的光学无线通信系统具有诸多优势，包括数据卸载、高度灵活性、高移动性，以及能够在灾难性情况下临时应对突发的数据流量。然而，仍有一些挑战影响着其传输性能。建立基于无人机的光学无线通信链路的主要挑战之一，就是克服由大气湍流效应和无人机悬停不稳定导致的光学对齐问题。另一个挑战则是安装在无人机上的收发器光学模块的物理限制，这类模块必须轻便且紧凑。在这项工作中，我们提出了首个广视角、双向的无人机辅助光学无线通信系统，所采用的方案是基于光学相移键控技术。这种基于光学摄像头的光学无线通信方式被称为光学摄像头通信。在所提出的系统中，通过检测“半开启”状态即可轻松实现同步，无需复杂的解码方案，因此无人机上也不需要功耗较高的信号处理模块。在我们提出的光学摄像头通信系统中，可通过相邻像素聚合方法有效缓解因大气湍流、无人机悬停以及相机三脚架晃动导致的接收端光信号波动。在概念验证实验中，成功实现了60米距离的双向自由空间传输，下行链路和上行链路的数据传输速率分别为120比特/秒和60比特/秒，均满足前向纠错阈值要求（误码率低于3.8×10^-3）。