【摘 要】
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水下无线光通信系统（Underwater Wireless Optical Communication,UWOC）拥有更高的数据速率,更低的时延和更好的安全性等特点,作为一种应用于军事和工业领域的关键技术受到广泛关注。但是UWOC也存在诸多问题,光束在水下信道传播时会受到海水吸收、散射效应以及海洋湍流效应的综合影响而产生严重的衰减。为了提高通信质量以及延长传输距离,可以采用信道编码等技术,同样也可
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水下无线光通信系统（Underwater Wireless Optical Communication,UWOC）拥有更高的数据速率,更低的时延和更好的安全性等特点,作为一种应用于军事和工业领域的关键技术受到广泛关注。但是UWOC也存在诸多问题,光束在水下信道传播时会受到海水吸收、散射效应以及海洋湍流效应的综合影响而产生严重的衰减。为了提高通信质量以及延长传输距离,可以采用信道编码等技术,同样也可以采用部分相干光传输技术。然而,相比于在大气中的研究,部分相干光束在水下信道中传播的研究还有待深入。此外,在实际应用中,通常使用灵敏度高的雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode,APD）型接收机来提高系统性能。但是温度等因素会降低检测器性能,进而恶化UWOC系统性能。因此,本文主要对基于部分相干高斯光束的水下无线光通信的传输特性进行研究。主要内容如下:（1）基于二进制开关键控调制（On-Off Keying Modulation,OOK）和水下联合信道模型建立基于极化码的单输入单输出（Single-Input Single-Output,SISO）水下无线光通信（SISO-UWOC）系统,研究部分相干光光束和海洋湍流等参数对SISO-UWOC系统的平均信道容量和误码率影响。利用高斯-谢尔光束模型（Gaussian-Schell Model,GSM）,波束扩展函数（Beam Spread Function,BSF）和水下湍流对数正态分布（Lognormal Distribution,LN）模型建立水下联合信道模型,推导出UWOC系统在LN复合信道下的平均信道容量和平均误码率表达式。在此基础上,通过数值计算研究部分相干光束参数和海洋湍流参数等对SISO-UWOC系统的平均信道容量的影响。另外,通过蒙特卡洛（Monte Carlo,MC）方法对SISO-UWOC系统的理论误码率进行验证并研究了极化码对系统性能的改善作用。（2）基于APD和正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）,在考虑不同噪声的情况下,研究基于部分相干光的OFDM-UWOC系统在海洋弱湍流环境中的误码性能。首先基于APD和OFDM调制,建立SISO-UWOC通信系统;利用GSM和基于BSF建立的水下联合信道模型,分别在考虑热噪声和散粒噪声受限的情况下,推导出基于M进制正交幅度调制（M-ary Quadrature Amplitude Modulation,M-QAM）的OFDM-UWOC系统在LN复合信道模型下的平均误码率表达式,进而研究了极化码对热噪声限制下系统误码性能的改善作用。最后,在考虑不同噪声情况下,分析了不同APD参数,部分相干光束参数和海洋湍流参数等对系统误码率性能的影响。论文工作为部分相干光水下无线通信系统的设计提供了一定参考。
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