基于蓝绿激光的高速水下无线通信实验研究

发布时间：2020-05-22 05:09

【摘要】：目前海洋资源的开发成为世界各国的发展战略之一,为了配合海洋资源的开发,有效高速的通信方式的研究就成为了一项重要的工作。迄今为止,两种传统的水下无线通信方式,分别是水下电磁波通信与水声通信,虽技术成熟,但两者的容量与时延都无法满足对日益增长的海洋资源探测的需要。与之相比,基于蓝绿激光的高速水下无线通信的研究与应用就显得尤为重要,目前已经成为中短距离水下通信实现的最为可行的解决方案。国内外的高校与研究院所都在致力于这一通信方式的相关技术的研究与样机的制作。虽然与传统水下无线通信方式相比,水下蓝绿激光通信的器件带宽得到了大大的提高,但这一波段的器件带宽最高维持在1GHz左右,这就限制了对其通信容量的进一步扩大,从而使得通过数字信号处理来进一步提高通信速率显得尤为重要。本文就使用带宽为GHz量级的器件,利用正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)进行实验研究这一传输极限速率。并且由于水下光通信属于自由空间光传输,因此入射光的角度与接收端面的孔径及背景光噪声等条件也会影响实际的传输质量,因此这方面的研究也是不可忽视的。论文主要工作和创新点包括:一、实现了室内洁净水链路的水下蓝绿光高速传输,基于强度调制、直接检测的OFDM技术,并利用高阶正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)使用1GHz带宽的光电器件,达到了128QAM-OFDM调制时6.23Gbps的传输速率;二、针对OFDM调制需要较高的峰均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR),分析了激光器的调制深度与信号的非线性畸变问题,实验证实了使用VRLS(Volterra-series based recursive least squre)算法对激光器工作在饱和区且高调制深度时的非线性补偿的有效性;三、构建了不同接收条件下的水下光通信链路的性能的分析模型,理论推导和仿真分析表明,该模型可用于有效地分析包括光电二极管(Photodiode,PD)类型、PD芯径与视场角、太阳光背景噪声等不同接收条件对系统性能的影响,这为界定不同类型的PD在水下光通信的使用场景提供参考。面向对系统性能有极端要求的情况,分析了使用零差探测与液氮制冷对水下光通信系统的性能提升效果。
【图文】：

水体的成分对光在犹中传播的影响可以造成两个主要的损失现象，使逡逑得水Ｋ光信兮的发１：强度和方叫变化，这就分R%足水体的吸收特性和散射特性。逡逑光束在水下传输的过程如图２－１所礼入射水体的光功率为在经过纯水、溶逡逑解物等吸收损失掉尺的能ｍ和经过溶解物和悬浮颗粒散射而损失掉八的能量后，逡逑透射过水体之后的能量为｜２ＳＩ：逡逑ＰＸ？，，．０）邋＝邋Ｐ＼Ａ）－｛Ｐ（？，）邋＋邋Ｐ＾ＸＡ）））逦（２－ｎ逡逑比尔－朗伯定律则对该吸收散射＊减模型进行了简化，经简化为下式：逡逑＃ǎrP粒

本文编号：2675496