强海洋湍流水下光通信系统误码率研究

水下无线光通信（underwater wireless optical communication,UWOC）系统具有宽带宽、低衰减、低延时时间、高安全、高速率等优点,可满足水下数据、图像、传感器网络、视频通信的高速需求,受到了广泛研究。然而,除了水下的吸收、散射效应外,湍流效应也会使光信号衰减和衰落,限制了UWOC系统的通信质量和传输距离。探讨了外差式差分移相键控（differential phase shift keying,DPSK）调制对误码率（bit error rate,BER）的提升能力。假定强海洋湍流信道为Gamma-Gamma分布,利用改进的Rytov方法,得出了UWOC系统采用平面波和球面波传输时的闪烁系数表达式。借助于Whittaker M函数推导了DPSK调制的UWOC系统采用这两种光波传输时BER的解析式,并利用数值结果验证了解析结果的正确性。应用解析公式,仿真分析了DPSK调制的UWOC系统采用两种光波在三种重要的海洋湍流因素和通信距离下的BER,并对比分析了DPSK调制与OOK调制的BER。仿真结果表明,UWOC系统采用DPSK调制和球面波传输,在较小的均方温度耗散率、较小的温度和盐度波动对海洋湍流贡献的比值、较大的湍流动能耗散率的海洋中及通过较短的通信距离传输可以得到更优的BER。      

孔径接收对强海洋湍流DPSK调制的水下光通信系统误码率影响研究

水下光通信（underwater wireless optical communication,UWOC）系统具有宽带宽、高保密等优点,适用于水下通信。然而,水下吸收、散射和湍流效应影响了光束传输,限制了系统在长距离方面的应用。本文探讨了差分相移键控（differential phase-shift-keying, DPSK）调制和孔径接收对在Gamma-Gamma强湍流信道中传输的UWOC系统误码率（bit error rate,BER）的影响。基于Whittaker函数,推导出了系统采用DPSK调制高斯光束在强湍流中传输的BER解析式。仿真观察了系统调制方式、孔径接收直径、传输距离以及四种海洋参数对BER性能的影响。结果表明,采用DPSK和较大尺寸的孔径直径接收可以有效地提高BER性能。同时,系统在均方温度耗散率和温度和盐度波动对海洋湍流贡献的比值较小、动力粘度较大,湍流动能耗散率较大或较小的短距离海洋湍流环境中可以获得较好的通信性能。      

Gamma Gamma强海洋湍流和瞄准误差下水下无线光通信系统的性能研究

采用外差式差分相移键控(Differential phase-shift keying,DPSK)调制的水下无线光通信(Underwater wireless optical communication,UWOC)系统经过Gamma Gamma强海洋湍流信道传输,当接收端与发送端之间存在瞄准误差并采用孔径接收方式时,分析了湍流效应和瞄准误差对接收光强的抖动影响,推导了UWOC系统的平均误码率(Bit error rate,BER)和中断概率(Outage probability,OP)的解析表达式。数值模拟研究了不同的瞄准误差、束宽、接收孔径和海洋湍流参数对平均BER和OP性能的影响。结果表明,在相同的束宽和信道环境下,瞄准误差越大,系统性能越差;光束束宽与孔径半径之比越大,接收孔径直径越大,系统性能越好;另外,选择较小的温度和盐度波动对海洋湍流贡献的比值ω和均方温度耗散率χT,以及较大的湍流动能耗散率ε和动力粘度u的海洋湍流环境也有利于获得较好的系统性能。     

Gamma Gamma强海洋湍流下无线光通信系统的平均容量研究

建立了一个采用强度调制/直接检测(intensity modulation/direct detection,IM/DD)和开关键控(on-off keying,OOK)的水下无线光通信(Underwater wireless optical communication,UWOC)系统,通过采用 Gamma Gamma...     

水下复合信道对GMSK无线光通信系统性能的影响

The absorption and scattering of light in seawater channel cause signal attenuation, and the turbulence of seawater causes signal amplitude fluctuation, both of which will reduce the bit error rate (BER) performance of underwater wireless optical communication (UWOC) system. The effects of the two channel characteristics on the signal performance were considered comprehensively, and a method was proposed to equate the transmission distance and turbulence probability density function to the system signal-to-noise ratio (SNR) and turbulence noise, and then the signal attenuation and turbulence noise were combined into the signal waveform to establish the underwater composite channel signal transmission model. According to the experimental system parameters, the signal transmission waveforms of Gaussian minimum frequency shift keying (GMSK) modulation under composite channel were simulated, and the one-bit difference demodulation algorithm was used to compare the demodulated waveforms with the original waveform, and the influence relationships of composite channel on the system BER performance was analyzed. The simulation experiment results show that, compared with on-off keying modulation (OOK), pulse position modulation (PPM), GMSK system can obtain the SNR gain of 3.3 dB, 4.8 dB respectively only in the attenuation channel with seawater attenuation coefficient of 0.151 m?1. Under the composite channel, GMSK modulation performance is superior to OOK modulation and PPM modulation. When the water attenuation coefficient is 0.151 m?1, and turbulence intensity variance is smaller than 0.16, GMSK modulation system has no error rate limit, the system BER is decided by signal attenuation and turbulence noise and Gaussian noise together, GMSK modulation achieves SNR gain of 4.35 dB compared with PPM modulation. Furthermore, turbulence intensity variance is greater than 0.16, system BER arrives limit, which value is determined by the turbulence intensity, and the limit value of BER increases nonlinearly with the increase of turbulence intensity.     

基于孔径平滑效应的无线光通信接收孔径的设计

基于激光大气湍流传输理论,讨论了光强闪烁对无线光通信接收性能的影响。从孔径平滑效应出发．提出了一种结合信噪比、误码率、孔径平滑3方面来考虑接收孔径尺寸的设计方法。该设计方法克服了传统只考虑孔径平滑效应来设计接收孔径不准确的缺点,从而为设计接收孔径尺寸提供理论依据。用MATLAB对参考文献中的实验数据进行数值模拟,结果表明：在此实验数据下BER〈10^-6时,当SNR0为30dB时,最优接收孔径为4cm,当SMR0为35dB时,最优接收孔径为3cm。     

基于孔径平滑效应的无线光通信接收孔径的设计

基于激光大气湍流传输理论,讨论了光强闪烁对无线先通信接收性能的影响.从孔径平滑效应出发,提出了一种结合信噪比、误码率、孔径平滑3方面来考虑接收孔径尺寸的设计方法.该设计方法克服了传统只考虑孔径平滑效应来设计接收孔径不准确的缺点,从而为设计接收孔径尺寸提供理论依据.用MATLAB对参考文献中的实验数据进行数值模拟,结果表明:在此实验数据下BER＜10-6时,当SNR0为30 dB时,最优接收孔径为4 cm,当SMR0为35 dB时,最优接收孔径为3 cm.     

MIMO水下无线光通信系统性能解析研究

为了消除海洋湍流引起的信号衰落和衰减,在基 于BPSK调制的水下无线光通信(underwater wireless optical communication,UWOC)系统中引入了MIMO(multi-input multi-outpu t)技术。在 假设海洋湍流模型为log-normal分布基础上,得出了球面波光束在弱海洋湍流传输的闪烁 指数计算公 式。借助于Gauss-Hermite正交积分近似公式,推导了UWOC系统分别采用SISO(single-in put single-output)、SIMO(single-input multi-output)、MIMO三种技术,且接收端 采用等增益合并法时, 系统误码率(bit error rate,BER)的解析公式。应用此解析公式,数值仿真观察了系统 误码率在不同 的信噪比下受三种海洋参数(即均方温度耗散率,单位质量液体中的湍流动能耗散率,温度 和盐度波 动的相对强度)以及系统通信距离的影响。仿真结果表明,UWOC系统采用MIMO技术,在较小 的 均方温度耗散率、较小的温度和盐度波动的相对强度、较大的湍流动能耗散率的海洋中,以 及通过较 短的通信链路都可以得到更优的误码率性能。     

海洋湍流下波长分集无线光通信系统性能分析

由于海水的吸收、散射衰减以及海洋湍流效应会引起水下无线光通信（Underwater wireless optical communication,UWOC）系统接收端光信号的闪烁,导致UWOC系统传输性能下降。基于Gamma-gamma分布的海洋湍流信道模型,根据海洋湍流参数和各向异性因子表示的等效结构参数,推导出波长分集UWOC系统中断概率（Outage probability,OP）与平均误码率（Bit error rate,BER）封闭表达式。研究分析随着各向异性因子的增加,具有不同波长分集阶的水下无线光通信系统中断概率与平均误码率的变化,比较接收端使用最佳组合（Optimal combining,OC）与等增益组合（Equal gain combining,EGC）技术的水下无线光通信系统平均误码率,并仿真不同海洋湍流参数、传输距离对波长分集UWOC系统性能的影响。数值结果表明,随着各向异性因子的增加,海洋湍流对水下无线光通信系统产生的影响逐渐减弱,使用波长分集技术的UWOC系统比无波长分集技术的UWOC系统中断概率与平均误码率明显改善。     

高速水下无线光通信系统研究进展

水下无线光通信(UWOC)系统可以实现最高Gbit/s量级的信号传输速率,对于现代水下应用具有重要意义。文章简述了UWOC系统的发展过程,对不同种类的UWOC系统进行了比较,对高速UWOC系统的研究现状进行了综述,从高速UWOC系统的光源、接收机以及信号处理3个部分进行了总结与讨论。希望文章可以为未来高速UWOC系统的研究与发展带来帮助。     

一种用于头盔式水下无线光通信的卷积码研究

为了提高头盔式水下无线光通信系统的可靠性,设计了一种新的（3,1,1）卷积码。介绍了水下光通信模型及其对编码的要求,计算了未编码系统在水下高斯白噪声信道下的误比特率。给出了此卷积码的具体的编译码方法,推导了编码后系统误比特率计算公式。在不同系统参数、水质和传输距离的情况下,对未编码系统和编码系统分别进行了仿真。仿真结果表明:编码能够改善系统的误码性能;系统参数越大,编码改善系统性能的能力越强;水体衰减系数或传输距离越大,编码改善系统性能的能力越弱。     

水下无线光通信系统研究进展

水下无线光通信作为一种新兴的高速水下无线通信技术,在海洋生态环境监测、资源勘测以及军事作战等方面的作用不可小觑,并已成为全世界竞相争夺的关键性技术。对目前常用的3种水下无线通信方式进行比较,介绍了水下无线光通信的信道特性,并阐述水下无线光通信系统中光源、调制、信道编码以及探测等关键技术的研究进展。总结了水下无线光通信技术的发展趋势,为未来水下无线光通信系统的深入研究和实用化提供了参考。     

光纤CDMA系统光接收机误码性能研究

光纤ＣＤＭＡ系统是一个扩频系统。本文首次对该系统中带扩频相关特点的光接收机噪声及误码性能进行了细致深入的研究,给出了误码率的计算公式,并进行了数值计算,作出了相应的曲线。研究结果表明其误码性能优于普通光接收机。     

无线光通信组合脉冲调制的差错性能分析

在简要介绍脉冲位置宽度调制(PPWM)、差分脉冲位置宽度调制(DPPWM)、双幅度脉冲位置调制(DAPPM)和双幅度脉冲间隔调制(DAPIM)等新型组合调制方式的符号结构的基础上,详细推导了它们的误包率表达式,通过数值模拟,在给定模型下分析了以上新型组合调制方式的差错性能.     

水下光通信系统的建模与仿真

主要分析随机海面的光学特性,并在特定的位置和范围内描绘了不同风速等条件下的接收光斑图,然后利用线性波浪理论对海浪谱进行数值模拟建模仿真,得出随机海面对水下通信系统的影响系数,对实际的水下通信系统工程的建立有重大的参考意义.     

无线光通信双幅度脉冲位置调制

无线光通信脉冲位置调制(PPM)的功率利用率虽然很高,但带宽需求也非常高,在无线光通信系统中,应当充分考虑带宽需求和功率利用率的平衡问题.针对该问题,提出了一种新的双幅度脉冲位置调制(DAPPM).在给出了其符号结构之后,分析了其带宽利用率.然后,推导了弱湍流信道模型下DAPPM的误时隙率和误包率,并与OOK、PPM、DPIM和DAPIM等调制方式进行了比较.结果表明,在相同的位分辨率条件下,DAPPM的误包率虽然高于PPM和DPIM,但明显优于OOK和DAPIM.同时,DAPPM去除了PPM中冗余的时隙,且平均长度比DPIM短,从而获得了比DPIM更高的带宽利用率.     

弱湍流信道无线光通信分集接收合并技术

为了克服大气湍流所造成的信道衰落效应,分析了在弱湍流信道模型下基于强度检测脉冲位置调制方式的自由空间光通信空间（FSO）分集接收系统模型,推导了无分集系统的误时隙率计算公式。然后以此作为参考,在独立同分布的情况下,采用数值仿真的方法,分别对比分析了最大比合并（MRC）、等增益合并（EGC）和选择性合并（SC）的误时隙率性能。结果表明,3种合并技术中,误时隙率性能改善最优的是MRC,其次是EGC,而SC的改善性能最差,但是SC实现相对容易。利用分集接收合并技术可以有效改善FSO系统的性能,并且具有较好的抗大气信道衰落能力,在无线光通信中将有一定的应用前景。