前置放大器在光声融合的LDPC-PPM通信系统中的应用

【概述】

某研究团队使用前置微小信号放大器，搭建通信系统。针对空-水跨介质灵活、稳定且可靠的通信需求，本研究基于光声效应创建了光声技术融合的通信传输机制，提出并实现了一种低密度奇偶校验码（LDPC）与脉冲位置调制（PPM）联合编码的激光致声通信系统，充分利用光波与声波分别在大气与水下的低损耗传播优势，为海洋跨介质无缝通信提供了具有参考价值的技术解决思路。

实验名称：光声技术融合协同机制的LDPC-PPM通信系统

实验目的：旨在通过多物理场仿真明确激光能量、脉宽等参数对水下声场的影响规律，进而在实验平台上验证LDPC-16PPM联合方案在不同码率、码长及时隙配置下的误比特率与通信速率表现，为系统参数优化与实际部署提供定量依据。

测试设备：脉冲激光器、宽带水听器、ATA-5000系列前置放大器与滤波电路、数字示波器及搭载编译码算法的上位机控制终端。

实验过程：首先通过仿真建立激光-水体传热-声学耦合模型，量化了激光参数与声压特性的关系；随后搭建实验系统，发射端采用LDPC编码结合16-PPM调制产生驱动信号控制激光脉冲，经聚焦后基于热膨胀机制在水下激发声波；接收端由水听器远距离拾取微弱的声压波动，首先通过低噪声前置放大器完成阻抗匹配并将信号抬升至可处理电平，再经滤波及脉冲整形电路抑制带外环境噪声，继而通过阈值机制精准完成PPM符号恢复，最后送入基于最小和算法的高效译码器还原原始信息序列；通过系统改变PPM脉宽，全面测试了链路的综合通信性能。

图1实验系统框图

实验结果：实验成功实现了实验室环境下的可靠信息传输，在合适的解调阈值下系统误比特率可稳定低于$⁵；定量分析表明，增加LDPC码长与降低码率能显著提升系统纠错增益，且通信速率随PPM脉宽减小而提升，但在本实验激光器最大重复频率限制下，脉宽低于15ms后速率提升趋于饱和，证实了联合编码方案在低信噪比水下信道中的高可靠性与工程可行性。

图2示波器信号时隙图：(a)信号脉冲间隔；(b)单个信号脉宽；

图3阈值对系统性能的影响

安泰放大器在此应用中的产品优势：

1、将水听器输出的叠加了宽频带环境噪声的微弱激光致声声压信号进行滤波、放大，大幅提升信号幅值至可识别量级以上，

2、有效隔离带外干扰，为后端提供高信噪比的清晰时隙脉冲，是确保微弱声学信息被准确解调的前端核心枢纽。

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