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...     

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。     

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。      

水下光通信系统在非Kolmogorov湍流中的传输特性

湍流效应是限制水下无线光通信(underwater wireless optical communication,UWOC)系统性能的关键因素之一。在强海洋非Kolmogorov湍流中,首先以平面波和球面波为光源,研究了采用孔径接收的差分相移键控(differential phase-shift-keying,DPSK)调制的UWOC系统性能。接着,基于Gamma-Gamma信道模型,利用Whittaker函数推导出了平均误码率(average bit error rate,ABER)的解析表达式。最后研究了不同光束形状、调制方式、孔径尺寸以及非Kolmogorov湍流参数即内尺寸和幂率对ABER的影响规律。结果表明,UWOC系统采用球面波传输、DPSK调制在比较小的内尺寸和较大的幂率湍流下传输经孔径接收可以提升ABER性能。     

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.     

指数韦伯信道下带瞄准误差的相干光通信系统中断概率分析北大核心CSCD

为了研究在大气湍流闪烁效应以及瞄准误差共同作用下空间相干光通信系统的中断概率,基于指数韦伯大气湍流衰减信道,建立了基于平衡探测的相干光通信系统模型,给出了系统受大气湍流闪烁效应和瞄准误差影响下信道衰减的概率密度函数,并推导了系统中断概率的闭合表达式。通过数值仿真,分析了湍流强度、波束宽度、抖动偏差对系统中断概率的影响。结果表明:系统中断概率会随着湍流强度的增强和归一化信噪比的降低而增大;当归一化信噪比大于14dB时,可以通过增大波束宽度降低系统中断概率;当抖动偏差大于2时,增大归一化信噪比并不能有效降低系统中断概率。由基于此模型的仿真分析结论可知,选取合适的波束宽度和抖动偏差能降低系统的中断概率,并提高系统的稳定性。     

Gamma-gamma大气湍流下自由空间光通信的性能

自由空间光通信在各种应用中得到了广泛关注,但大气湍流效应导致系统链路性能恶化.假设大气湍流信道是无记忆平稳遍历并且为加性高斯白噪声(AWGN),自由空间光通信系统采用开关键控(OOK)强度调制直接检测(ID/DD),研究了gamma-gamma大气湍流信道下自由空间光通信的性能.利用MeijerG函数推导出了自由空间光...     

各向异性海洋湍流对外差式DPSK无线光通信系统的性能研究

应用广义的惠更斯-菲涅耳原理及改进的Rytov方法,采用基于Gamma-Gamma光强概率分布的海洋湍流信道模型,得到了中断概率解析式.并在此基础上对各向异性海洋湍流高斯光束外差式差分相移键控(DPSK)调制的中断概率性能进行了研究.仿真分析了不同的各向异性海洋湍流下各种海洋湍流参数(温度与盐度波动对功率谱变化贡献之比、单位质量流体动能耗散率、均方温度耗散率)、传输距离、DPSK调制的数据传输速率对中断概率的影响.为降低高斯光束DPSK调制下的中断概率、提高通信质量及可靠性提供了理论依据.     

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。     

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。     

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。     

对数正态分布下的无线光通信系统误码率分析

对开关键控(OOK)强度调制直接检测(IM/DD)方式的无线光通信接收发射系统的光电信号进行分析,并使用最大后验概率(MAP)方法确定判决阈值。将对数正态分布作为湍流信道上光强闪烁模型,建立了系统误码率与湍流强度、光源相干参数、激光发射器光功率等系统参数之间的定量关系。采用部分相干光作为信号光能降低光源相干度,有效抑制湍流效应。计算结果表明：在一定条件下,湍流强度改变0.5个量级系统误码率相差6-8个量级,并且最优源相干参数可以通过计算得到,其对应的部分相干光最有利于提高通信系统性能。     

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。     

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.     

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.     

跟瞄误差对星间光码分多址系统性能的影响

为了研究星间光CDMA(codedivisionmultipleaccess)通信系统的性能,分析了跟瞄误差对系统误码率性能的影响。考虑多用户干扰、跟瞄误差和接收机噪声,给出了该通信系统的系统模型,并数值分析了跟瞄误差为不同值时误码率随接收光功率的变化关系。结果表明,跟瞄误差较小时可以实现高码速率通信,当跟瞄误差较大时,该通信系统难以实现通信,需要采用信道编码和新的接收技术来提高通信系统的性能。     

基于极化码的无线光通信副载波误码性能分析

提出了一种基于极化码的无线光信道副载波调制方法,给出了极化编译码的具体算法过程,并将其应用于无线光通信系统。在不同大气湍流强度下,对系统的差错性能进行了仿真分析,其重对基于极化码的二相相移键控和四相相移键控两种调制方法的误码率进行了对比,结果表明,采用极化码的副载波二相相移键控调制系统的性能优于四相相移键控系统。最后,实验比较分析了极化编码前后副载波调制系统的误比特率,结果表明,在无线光通信大气湍流信道模型下,采用副载波极化码编码调制技术可使误码率性能改善一个量级。