一种水下无线光通信系统解决方案

水声技术是目前应用范围最为广泛且时间最长的水下无线通信技术。随着需求不断提高,水声通信的短板也逐渐显现出来。如传播延迟长、信号衰减大、多径效应严重、通信带宽有限等特性导致水声通信在水下通信网络设计面临巨大挑战。水下光通信具有带宽受环境影响小、可用载波频率高、传输时延小等优势。水下可见光通信技术是一种新的水下无线通信技术,是以可见光信息为载体,高速脉冲数字编码调制,通过水下信道高速传输信息的通信方法。该技术具有速度高、体积小、成本低、容量大等优点,本文提出一种系统解决方案用来研究水下环境复杂多变的传输信道,为未来稳定、可靠、高速的水下可见光通信技术以及工程化应用提供指导。     

水下无线光通信系统一般测试方法

水下无线光通信(UWOC)是一种新兴的高速水下通信技术,因其拥有传输带宽高、抗电磁干扰能力强、功耗低和体积小等优点,在学术界和工业界逐渐引起广泛关注。尽管光作为信息载体在水下传输时存在较大衰减,但其传输距离仍然可达百米级别,足以满足传感器数据传输的距离要求。然而,目前UWOC技术仍处于早期发展阶段,大部分UWOC系统的实验仅在实验室水箱开展,且性能测试方法各不相同,缺乏统一的性能测试模型和方法。为更客观地评估UWOC系统的性能,文章尝试提出UWOC系统的一般测试方法,建立测试模型,并总结系统评价指标,以促进UWOC技术的发展。     

无线光通信浅析

无线光通信(Free Space Optic)采用激光作为信息载体,结合了光纤通信和无线射频通信的优点,既有高带宽的优点,又不受地域的限制,同时还有极强的保密性和低功耗,所以有广泛的应用前景。区别于光纤通信,无线光通信在空间信道中传输数据,波长段通常在(400 nm~1.6μm)。文章从无线光通信的发展历史、真空中的传播特性、实际在大气中的传播特性以及几种发射装置几个角度简单介绍无线光通信。     

水下无线光通信物理层安全技术前沿进展

随着水下无线光通信技术研究的深入,其相关的安全性问题获得了日益增长的关注。通过借鉴陆上无线光技术的研究经验,越来越多的研究人员积极将物理层安全技术引入到水下无线光通信领域,取得了一系列特色突出的研究成果。为了全景式呈现水下无线光通信物理层安全技术前沿进展,文中分别从全水下无线光通信,空-水无线光通信,陆-水无线光通信等分类场景的物理层安全技术进行了综述性讨论。最后,文中给出了推进水下无线光通信物理层安全技术进一步发展所要应对的主要挑战及潜在方案。     

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。     

PMT阵列在水下MIMO无线光通信中的应用

水下无线光通信具有的高带宽、低时延等特点,已成为水下通信的可行选择。系统发送端光源由6只绿光发光二极管(LED)构成阵列,接收端由3只光电倍增管(PMT)构成阵列,形成了6×3的多输入多输出(MIMO)传输方式。在室内10 m水槽水下信道下,实现了1 Mbps的信息传输速率。通过MATLAB软件对接收平面光功率分布仿真,最大值为?35.8 dBm。此外,测试了PMT阳极输出电压波形,并推导出阴极电流波形。理论计算得出信噪比为19.4 dB,理论误码率约为1.1×10?5。所选PMT模块理论上最小接收功率可低至1.5×10?9 W,体现出极高的探测灵敏度。最后,通过蒙特卡洛(Monte Carlo)数字仿真说明,在信噪比25 dB可达到约35 bit·s-1·Hz-1的信道容量。     

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。     

水下无线光通信的安全性研究

水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication,UWOC)作为水下无线网络的重要补充,因其高带宽、低延迟等特点,近年来引起了众多研究学者的关注,研究方向普遍侧重于提高UWOC系统的传输距离和通信速率,但目前关于UWOC安全方面的研究较少,无法为其提供全面和有效的安全保...     

水下无线光通信关键技术与未来展望

随着“海洋强国”战略的推进,水下无线通信的需求愈加迫切。传统水声通信无法满足日益增长的水下数据高速传输需求,水下无线光通信凭借其高速率、高保密和低成本等优势,成为水下无线通信的研究热点。从水下无线光通信的传播特性和应用场景出发,概述了水下无线光通信的理论信道模型、编码调制技术和最新实验进展,并结合深海环境和6G愿景,展望了水下无线光通信多输入多输出技术、弱光信号检测技术和水下通感一体化技术的发展方向及相应挑战。     

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。     

水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能研究

为了研究水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能,以6个LED组成的圆形阵列光源为对象,基于单个LED空气中照度分布模型推导出其相对照度分布数学模型;以水下照度计为工具,用点阵测量法研究其在水下的实际空间照度分布,并分析了实验数据。结果表明,该光源出射端口处光照度值随着加载信号的频率增加而增加,光源的水下辐射照度整体分布不对称;当光信号传播到一定距离后,在光接收平面上,照度值各向趋于均匀分布。     

一种改进的OFDM水下可见光无线通信系统

在水下直流偏置光无线通信正交频分复用(UOWC-DCO-OFDM)系统中,为了保证光信号在发射端具有较低峰均比(PAPR)并在水下可进行远距离低误比特率传输,采用了子载波预留、最小二乘算法(TR-LSA)与压扩变换相结合的方法,同时运用优化的神经网络对水下环境进行信道估计,并基于该方法在接收端设计信道均衡器,以应对水下...     

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。     

一种2ASK的水下光通信系统研究

为解决水下声通信的通信速率低,无线电波通信的通信距离短等问题,设计并实现了一种2ASK的水下光通信系统。该水下光通信系统使用2ASK二分键控调制方式进行调制,从而实现一定距离上的高速信号传输。在模型测试中,系统使用小功率蓝光LED进行信号传输,并在接收端处接收到发送信号,从而验证了使用2ASK进行水下光通信的可行性,并通过测试其误码率、信噪比等通信系统的关键参数,为使用BPSK,OFDM等技术的水下光通信系统提供重要参考。     

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.     

水下无线光通信系统中可变增益放大器的实现

为了减小水下无线光通信系统中接收信号的动态范围,采用可变增益放大器,论述了基于数字模拟转换器和数字电位器实现可控增益的两种方法,并对基于数字电位器实现的方法进行了仿真实验.结果表明,该方法能有效压缩信号的动态范围,并使其趋于稳定.     

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。