水下光通信系统在非Kolmogorov湍流中的传输特性

发布时间：2021-10-22 16:44

　　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。 

【文章来源】：光电子·激光. 2020,31(02)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

在非Kolmogorov湍流下带有孔径接收的DPSK UWOC系统示意图

图2观察了DPSK调制的UWOC系统在强湍流信道中传输后采用不同孔径直径(D=0,0.5,1,1.5 mm)接收时的ABER性能。计算中采用的参数见表1所示。其它仿真图所用的参数如果不加说明,均采用表1所列的数值。采用这些取值可计算得到Rytov方差σ l 2 =2.43,表示强海洋湍流[13]。利用式(12)的数值解(图2中用“Num.”标示)用来验证式(19)的解析解(图2中用“Ana.”标示)的正确性。从图2中可以看出,这两个结果非常吻合,证明了我们推导的解析解的正确性。因此,在后面的图中,为了方便我们都采用解析解来分析。进一步地,从图2中可以看出,对于同样的SNR,采用较大直径D的孔径来接收有利于改善ABER性能。这是因为,即使孔径增大一点点都可以对湍流引起的强度波动起到很好的平均效果。表1 数值仿真所用的参数Tab.1 Parameters used for simulation Coefficient Value source wavelength,λ 532 nm propagation distance,L 10 m the spectral power law exponent,a 3.5 inner scale,l0 2 mm the rate of dissipation of kinetic energy per unit mass of fluid,ε 10-3 m2/s3 the rate of dissipation of mean-squared temperature,χT 10-4 K2/s the kinetic viscosity,ν 10-4 m2/s the ratio of temperature to salinity contributions to the refractive index -2 spectrum,ω

图4比较了采用平面波和球面波的UWOC系统经强海洋非Kolmogorov湍流传输后,使用孔径接收的ABER随平均SNR的变化情况。从图4中可以发现在同样的D和SNR下,采用球面波的ABER性能要更好一些。图4 采用平面波和球面波的UWOC

【参考文献】：
期刊论文
[1]强海洋湍流水下光通信系统误码率研究[J]. 傅玉青,黄诚惕,杜永兆.  信号处理. 2019(05)
[2]水下激光通信最大比合并分集接收性能分析及仿真[J]. 胡思奇,周田华,陈卫标.  中国激光. 2016(12)
[3]SIMO detection schemes for underwater optical wireless communication under turbulence[J]. Weihao Liu,Zhengyuan Xu,Liuqing Yang.  Photonics Research. 2015(03)



本文编号：3451491