基于强波动理论的强湍流信道水下无线光通信系统性能分析 被引量：11

1

作者 季秀阳 殷洪玺 +2 位作者 景连友 梁彦军 王建英 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第18期1-8,共8页

首先根据强波动理论,从海水湍流折射率的光功率谱函数出发,推导出了既适用于强湍流信道、也适用于弱湍流信道的闪烁指数解析式。基于统一的Málaga模型,推导出了水下无线光通信系统的平均误码率、平均信道容量和中断概率表达式。仿... 首先根据强波动理论,从海水湍流折射率的光功率谱函数出发,推导出了既适用于强湍流信道、也适用于弱湍流信道的闪烁指数解析式。基于统一的Málaga模型,推导出了水下无线光通信系统的平均误码率、平均信道容量和中断概率表达式。仿真结果表明:海水的温度和盐度的随机波动始终对闪烁指数有着显著的影响;当海水的平均温度高于20℃时,局部平均温度的改变对于闪烁指数影响甚微;当湍流的内尺度小于0.001 m时,可以认为海水信道处于强湍流状态;海水强湍流信道下的无线光通信系统的平均误码率、平均信道容量和中断概率性能均比海水弱湍流信道下差。 展开更多

关键词 光通信 海水无线光通信 强湍流信道 闪烁指数 强波动理论

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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 被引量：9

2

作者 傅玉青 黄诚惕 《信号处理》 CSCD 北大核心 2019年第9期1607-1612,共6页

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 p... 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。 展开更多

关键词 孔径接收 差分相移键控DPSK 高斯光束 强湍流 误码率 水下光通信

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水下激光通信弱光信号的自适应随机共振检测 被引量：7

3

作者 张建磊 兰香 +2 位作者 杨祎 贺锋涛 朱云周 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期1383-1393,共11页

针对水下无线光通信(Underwater Optical Wireless Communication,UOWC)系统中由于低信噪比导致的接收光信号被淹没在强噪声中难以检测的问题,提出一种基于自适应随机共振(Adaptive Stochastic Resonance,ASR)的水下弱光信号检测方法。... 针对水下无线光通信(Underwater Optical Wireless Communication,UOWC)系统中由于低信噪比导致的接收光信号被淹没在强噪声中难以检测的问题,提出一种基于自适应随机共振(Adaptive Stochastic Resonance,ASR)的水下弱光信号检测方法。本文通过分析水下弱光信号的特点及随机共振的检测机理,引入二次采样,使随机共振可以适用于任意频率下的光信号检测。分析影响随机共振系统的参数,提出改进蚁群算法与随机共振相结合的检测方法,根据检测性能动态的调整系统参数,使系统达到最优匹配状态,实现自适应随机共振。为验证方法的有效性,搭建了基于雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)的UOWC实验系统,实验结果表明,在信噪比SNR=-4.559 5 dB时,误码率为5×10^(-4),进一步证明了基于自适应随机共振的水下弱光信号检测可以显著提高UOWC接收机的误码率性能。 展开更多

关键词 水下无线光通信 低信噪比 随机共振 蚁群算法

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水表面波扰动对无线光通信影响 被引量：4

4

作者 李军 罗江华 元秀华 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期39-46,共8页

在水下无线光通信(UOWC)中,光传输可能会发生在近水面,此时水表面波扰动对通信性能的影响不可忽视。在实验室环境下搭建了近水面UOWC系统,应用风扇控制产生水表面波扰动场景,研究水表面波扰动对通信性能的影响。采用不归零开关键控(NRZ-... 在水下无线光通信(UOWC)中,光传输可能会发生在近水面,此时水表面波扰动对通信性能的影响不可忽视。在实验室环境下搭建了近水面UOWC系统,应用风扇控制产生水表面波扰动场景,研究水表面波扰动对通信性能的影响。采用不归零开关键控(NRZ-OOK)调制,研究速率为500 Mbit/s的伪随机信号在10 m自来水信道传输过程中,输入光强和水表面波扰动对信号误码率(BER)的影响。研究表明:光信号在近水面传输时,系统的BER与输入光强的大小密切相关。水表面波扰动对通信质量影响显著,不仅与光传输链路中水表面波扰动的区域范围有关,还与水表面波扰动的深度有关,而且BER随扰动的范围和深度呈现某种特定的统计规律。该规律对近水面光链路、水-空链路及空-水链路的无线光通信系统的接收、跟踪和瞄准装置设计与优化具有一定指导意义。 展开更多

关键词 光通信 无线光通信 水下无线光通信 水表面波扰动 误码率

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基于多重降质复合信道的UWOC系统误码率性能研究

5

作者 张建磊 张鹏伟 +4 位作者 朱云周 田雨欣 李婕妤 杨祎 贺锋涛 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期195-206,共12页

针对海水信道吸收、散射、气泡和湍流效应等对水下无线光通信系统性能的影响,建立融合多重降质效应的水下无线光复合信道模型。基于Mie散射理论计算水下微气泡群的体散射函数、散射系数和散射相函数。湍流信道模型采用混合指数广义伽玛... 针对海水信道吸收、散射、气泡和湍流效应等对水下无线光通信系统性能的影响,建立融合多重降质效应的水下无线光复合信道模型。基于Mie散射理论计算水下微气泡群的体散射函数、散射系数和散射相函数。湍流信道模型采用混合指数广义伽玛分布进行建模。随后,将复合信道对信号的衰减以及湍流噪声等效传递至光信号,推导出了复合信道在通断键控调制方式下误码率的封闭表达式。此外,研究了湍流强度、气泡数量、链路距离和海水水质等参数对误码率性能的影响。研究结果显示,随着链路距离的延伸,误码率线性增长,表现出退化趋势;港口海水因其较高浊度和丰富的悬浮颗粒,难以保证系统通信的可靠性。此外,气泡的存在和链路距离的扩展同样会显著加剧误码率的恶化。 展开更多

关键词 水下无线光通信 多重降质效应 水下复合信道 MIE散射 系统误码率

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基于自适应随机共振的水下蓝绿光微弱信号检测

6

作者 张建磊 张娟 +4 位作者 朱云周 姚欣钰 吴倩倩 杨祎 贺锋涛 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期207-218,共12页

海水的吸收和散射导致光信号严重衰减,使得水下无线光通信系统中低信噪比信号检测成为一大难题。基于此,提出一种自适应随机共振水下蓝绿光微弱信号检测方法。分析了水下弱光信号特点以及随机共振的产生条件,结合多策略融合的粒子群算... 海水的吸收和散射导致光信号严重衰减,使得水下无线光通信系统中低信噪比信号检测成为一大难题。基于此,提出一种自适应随机共振水下蓝绿光微弱信号检测方法。分析了水下弱光信号特点以及随机共振的产生条件,结合多策略融合的粒子群算法与随机共振动态调整系统参数,使系统达到最优匹配状态,进而提升弱光信号的检测性能。搭建了水下无线光通信实验系统进行实验,结果表明,在接收信噪比为-1.7 dB时,使用该方法得到的误码率低至2×10-4,验证了该方法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 水下无线光通信 低信噪比 自适应随机共振 多策略融合粒子群算法 误码率

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面向6G网络的水下光通信系统 被引量：3

7

作者 王林宁 刘鹏展 +1 位作者 胡芳仁 王永进 《移动通信》 2022年第6期45-51,共7页

发光二极管作为光发射器件,是水下光通信传得远、传得快的核心器件。为了满足水下高速光通信的实际应用需求,设计了一种基于亚波长垂直结构LED器件的水下蓝光通信系统。根据亚波长理想LED模型,研制高出光效率、高调制速率的垂直结构蓝光... 发光二极管作为光发射器件,是水下光通信传得远、传得快的核心器件。为了满足水下高速光通信的实际应用需求,设计了一种基于亚波长垂直结构LED器件的水下蓝光通信系统。根据亚波长理想LED模型,研制高出光效率、高调制速率的垂直结构蓝光LED,基于该器件围绕大功率发射驱动、高灵敏度自适应探测与数字编码调制技术,提出了面向6G网络的水下光通信系统。实验结果表明,在光传输损耗不大于0.4dB/m的情况下,所提出的光通信系统实现了传输距离不低于50 m、通信速率2 Mbps的全双工通信。 展开更多

关键词 6G 水下光通信 亚波长理想LED 全双工通信

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水下无线光自动对准系统的设计与实现 被引量：3

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作者 贺锋涛 韦鹏程 +2 位作者 张建磊 杨祎 朱云周 《激光杂志》 北大核心 2021年第1期124-127,共4页

水下无线光通信(UOWC)具有保密性好、容量大、传输速度快等优点,可应用于水下信息传输、资源勘查等领域,通信链路的快速建立和持续稳定是水下无线光通信实际应用的基本条件。在平台扰动和海水信道杂质干扰的条件下,如何实现远距离的快... 水下无线光通信(UOWC)具有保密性好、容量大、传输速度快等优点,可应用于水下信息传输、资源勘查等领域,通信链路的快速建立和持续稳定是水下无线光通信实际应用的基本条件。在平台扰动和海水信道杂质干扰的条件下,如何实现远距离的快速对准是水下无线光通信必须解决的问题。针对水下无线光通信过程中系统发射端和接收端之间的链路由于干扰问题引起底层平台不断移动而无法对准的问题,搭建了一个基于激光二极管(LD)的水下无线光自动对准系统,该系统具有自动对准控制的特点,即系统在底层平台移动的情况下,依然可以实现链路的对准。 展开更多

关键词 水下无线光通信 自动对准系统 海水信道 远距离传输

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基于扩频技术的水下无线光通信系统 被引量：2

9

作者 吕伟超 徐敬 《无线电通信技术》 2021年第4期410-415,共6页

水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication,UWOC)逐渐成为海洋探测领域一项越来越重要的技术。得益于水下光通信器件的不断发展,UWOC的通信速率越来越高,可达Gbit/s,但传输距离往往在百米以内,限制了UWOC的应用。扩频... 水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication,UWOC)逐渐成为海洋探测领域一项越来越重要的技术。得益于水下光通信器件的不断发展,UWOC的通信速率越来越高,可达Gbit/s,但传输距离往往在百米以内,限制了UWOC的应用。扩频技术以一定的信号带宽为代价,可以提高UWOC的接收端灵敏度,延长其传输距离,并提高系统的抗干扰能力。通过对扩频技术进行仿真分析和实验测试,验证了其用于延长UWOC传输距离方案的可行性,且实验结果与仿真结果相吻合。其中,当信号带宽为200 MHz时,使用扩频技术可以将系统接收灵敏度提升约4.8 dB。最后提出将扩频技术应用于基于单光子探测器的UWOC系统,并通过仿真验证了其可行性。 展开更多

关键词 水下无线光通信 扩频技术 传输距离 单光子探测器

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水下无线光信道并行仿真方法研究 被引量：2

10

作者 张建磊 寇琳琳 +3 位作者 王洁 刘雪辰 杨祎 贺锋涛 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2022年第19期105-114,共10页

针对基于蒙特卡洛的水下无线光信道仿真计算量大、计算效率低的问题,提出了利用Open MP(open multiprocessing)和CUDA(compute unified device architecture)的水下无线光信道并行仿真方法。通过将计算密集型部分移植到各线程并行计算... 针对基于蒙特卡洛的水下无线光信道仿真计算量大、计算效率低的问题,提出了利用Open MP(open multiprocessing)和CUDA(compute unified device architecture)的水下无线光信道并行仿真方法。通过将计算密集型部分移植到各线程并行计算的方式提高仿真计算效率。在此基础上引入3种优化方案,通过剔除无效光子和限制高散射事件的方式,加速数据合并,减少主存显存的数据交换量,进一步提高仿真效率。对比分析了在不同水质、不同计算环境以及不同光子数和距离等条件下的加速效果。结果表明,相比于传统串行仿真,图像处理器(GPU)水下光散射并行计算方法的加速最高可达300倍;中央处理器(CPU)水下光散射计算方法的加速最高可达90倍。 展开更多

关键词 海洋光学 并行架构 水下无线光通信 蒙特卡洛仿真

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基于商用蓝光LED的深海高速无线光通信系统 被引量：1

11

作者 王金龙 高进 +2 位作者 吴振刚 李上宾 朱家远 《光通信技术》 2021年第11期41-44,共4页

针对激光二极管(LD)光源光束窄、发散角小、出光功率受阻和对准困难等问题,提出了一种基于商业蓝光发光二极管(LED)的深海高速无线光通信系统,并对系统在10 m、50 m的一类海水信道中分别进行实验与仿真。结果表明:为了保证系统误码率低... 针对激光二极管(LD)光源光束窄、发散角小、出光功率受阻和对准困难等问题,提出了一种基于商业蓝光发光二极管(LED)的深海高速无线光通信系统,并对系统在10 m、50 m的一类海水信道中分别进行实验与仿真。结果表明:为了保证系统误码率低于10^(-3),当水下信道长10 m时,数据传输速率可达500 Mb/s;当水下信道长50 m时,数据传输速率可达20 Mb/s。 展开更多

关键词 水下无线光通信 蓝光发光二极管 开关键控调制

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用于水下通信系统的复合折反式接收天线设计

12

作者 贺锋涛 韦鹏程 张建磊 《光通信研究》 北大核心 2020年第1期73-78,共6页

针对水下无线光通信系统中无法兼顾聚光效率和光斑均匀性的问题,文章设计了一种复合折反式接收天线。仿真结果表明,传统的菲涅尔透镜聚光效率只有58.725%,而新设计的复合折反式接收天线聚光效率达到86.557%。在保证高聚光效率的情况下,... 针对水下无线光通信系统中无法兼顾聚光效率和光斑均匀性的问题,文章设计了一种复合折反式接收天线。仿真结果表明,传统的菲涅尔透镜聚光效率只有58.725%,而新设计的复合折反式接收天线聚光效率达到86.557%。在保证高聚光效率的情况下,光斑的均匀性也较好,均匀度为0.659 3。随后分析了平行光源在不同角度入射时聚光效率和光斑位置偏移的变化,发现菲涅尔透镜在入射角为2°时聚光效率就只有3.582 2%;而文章所设计的复合折反式接收天线在入射角度为1.5°时,聚光效率仍可以达到50%以上,入射角度在4°时仍能检测到光斑。文章设计的接收天线在水下远距离无线激光通信系统中有很好的接收效果,该接收天线适用于高增益和小视场的水下无线激光通信环境。 展开更多

关键词 水下无线光通信 复合折反式接收天线 菲涅尔透镜 聚光效率

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水下光无线传感器网通信节点的模块化设计

13

作者 吴承治 吴先涛 《现代传输》 2017年第A01期20-29,共10页

本文描述了水下光无线传感器网中的点到点和漫射光通信系统,分析了水下光通信系统的设计考虑。最后,讨论了水下光通信节点的模块化设计。

关键词 水下光无线传感器网 漫射光通信 脉冲位置调制 平面光电路

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UOWC系统中基于PTS的低复杂度联合PAPR抑制算法

14

作者 杨硕 白菊蓉 郭宇成 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第11期143-146,151,共5页

在水下光无线通信(UOWC)系统中,针对正交频分复用(OFDM)技术的高峰均功率比(PAPR)问题,提出了一种将改进粒子群优化算法和部分传输序列(PTS)算法相结合,降低UOWC系统PAPR的联合算法。该算法通过添加惯性权重和临界阈值,有效地搜索相位... 在水下光无线通信(UOWC)系统中,针对正交频分复用(OFDM)技术的高峰均功率比(PAPR)问题,提出了一种将改进粒子群优化算法和部分传输序列(PTS)算法相结合,降低UOWC系统PAPR的联合算法。该算法通过添加惯性权重和临界阈值,有效地搜索相位旋转因子的最优组合。通过仿真验证,所提联合算法在保障UOWC系统性能的前提下,大幅度降低了PAPR和计算复杂度。 展开更多

关键词 水下光无线通信 部分传输序列 峰均功率比 粒子群优化算法

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基于多层非对称剪裁光正交频分复用的水下光无线通信系统 被引量：2

15

作者 刘龙 周骥 +3 位作者 王海德 熊灿阳 黄红斌 刘伟平 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第21期62-68,共7页

为了提高水下光无线通信(UOWC)的频谱效率和功率效率,提出了一种基于多层非对称剪裁光正交频分复用(Layered-ACO-OFDM)的UOWC系统。该系统通过对子载波分层调制的方法,充分利用了传统非对称剪裁光正交频分复用(ACO-OFDM)中损失的频谱资... 为了提高水下光无线通信(UOWC)的频谱效率和功率效率,提出了一种基于多层非对称剪裁光正交频分复用(Layered-ACO-OFDM)的UOWC系统。该系统通过对子载波分层调制的方法,充分利用了传统非对称剪裁光正交频分复用(ACO-OFDM)中损失的频谱资源,极大地提高了光无线通信系统的频谱效率。此外,Layered-ACOOFDM系统不需要加入直流偏置,故功率效率也得到了大大提升。考虑了可见光在海水中传输过程中的吸收和散射效应,建立了基于蒙特卡罗方法的UOWC信道模型,并较为全面地研究了海水中不同叶绿素浓度和不同接收机参数下的信道响应。结果表明,与传统ACO-OFDM相比,基于Layered-ACO-OFDM的UOWC系统具有频谱效率高的优势。同时,当信噪比为27 dB时,在清澈海水中其可以实现10 m距离下1 Gb/s的高速率通信。 展开更多

关键词 光通信 多层非对称剪裁光正交频分复用系统 频谱效率 蒙特卡罗仿真 信道特征 水下光无线通信

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