基于海洋湍流信道模型的水下无线光通信系统的性能研究
发布时间：2021-11-19 11:45
随着水下无人化与智能化装备的快速发展,人们对水下通信的性能要求越来越高,找寻到在复杂水下环境中保持高性能传输的水下通信技术成为当务之急。水下无线光通信（Underwater Wireless Optical Communication,UWOC）因其具有高数据速率、低延迟、大容量和高安全性等优良性能引起了广泛的关注。但水下无线光通信系统的信道环境复杂,光信号在海水中传播会受到吸收、散射和湍流等海洋效应影响,这将严重降低链路的可靠性及系统的误码率性能,进而降低通信质量,阻碍水下无线光通信技术的进一步发展。因此,对如何提高水下无线光通信系统的传输性能进行研究具有重大意义。本文基于海洋湍流信道模型,深入研究了两种高传输性能的系统方案:调制-调制（Modulation-Modulation,M-M）的混合调制以及编码-调制（Code-Modulation,C-M）,并进一步分析其系统的误码性能,研究了在协同传输模式下的水下无线光通信系统的误码性能。论文具体工作如下:本论文首先总结了近些年各类调制格式在水下无线光通信系统中误码性能,同时概述了混合调制今年来发展现状。以DPSK、mPPM单个调制为...
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纯海水吸收系数与波长关系曲线
基于海洋湍流信道模型的水下无线光通信系统的性能研究9图2-2叶绿素吸收系数与波长关系曲线从图2-2可以看出，叶绿素对不同波长的吸收系数变化较大，其中波长范围550nm和600nm之间时吸收系数最小，而在波长为450nm和670nm左右有较为明显的波峰，此时吸收系数较大。将海水中所有对光有吸收作用的因素综合，我们可以得到海水整体吸收作用与波长的关系表达式如下：()()()()()wycaaaaa(2-3)上式中，a表示海水的总吸收系数，)(wa表示为纯海水的吸收系数，)(a为悬浮颗粒的吸收系数，通常悬浮颗粒的吸收系数在0.0116~0.130m-1之间。2.1.2海水散射在海水中，对光波造成散射效应的主要因素有纯海水，水下浮游生物以及水下悬浮颗粒。其中，因纯海水分子的尺寸要远小于光的波长，故纯海水的散射作用可用瑞利散射加以解释。根据经验，纯海水的散射系数的表达式可为[44]：324.400)()(wwbb(2-4)其中，0表示参考波长，)(0wb则是参考波长处的散射系数。水下浮游生物除了含有叶绿素会对光产生吸收作用外，其对光还有较强的散射作用。该类散射属于米氏散射。
基于海洋湍流信道模型的水下无线光通信系统的性能研究10与水下浮游生物对光的吸收不同，当对光波产生散射效应，此时的产生的散射系数一般与光的波长成反比，MotoakiKishino等人研究了水下浮游生物对光波的散射影响，并给出了散射系数表达式[47]：62.03.0550Cbc(2-5)其中，C为水下浮游生物的浓度，若C取值分别为0.05，0.08，0.1，0.5和1时，其散射系数与波长关系如下图所示：图2-3浮游生物散射系数与波长关系曲线从图2-3可知，浮游生物的散射系数随着波长的增大而减小，随着其浓度的而增大而增大。水下除了浮游生物外，还不乏有很多小颗粒粒子，这些小颗粒粒子对光产生散射效应时，表现形式主要为米氏散射，根据米氏散射理论，可以推导出这些悬浮颗粒在水下的散射系数，其表达式可描述为[48]：)550(550bb(2-6)其中，)550(b表示当波长为550nm时，其他悬浮粒子的散射系数。一般情况下，)550(b的取值范围为0.00125-0.375mg/m3。在)550(b的取值不同时，悬浮颗粒的散射系数与波长关系如图2-4所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]弱湍流中紫外光非直视分集接收技术的研究[J]. 赵太飞,王秀峰,王花,余叙叙,李永明. 红外与激光工程. 2018(12)
[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)
[4]浅谈CMMB的LDPC码技术[J]. 禄博. 科技资讯. 2014(13)
[5]LDPC在gamma-gamma信道下的性能分析[J]. 伍艳琼,陈名松,敖珺. 激光技术. 2013(06)
[6]瑞利双向中继信道的功率分配及中继位置选择[J]. 李勇,张翔,彭木根,王文博. 北京邮电大学学报. 2012(02)
[7]协作通信中的中继节点选取和功率分配联合优化[J]. 高伟东,王文博,袁广翔,彭木根. 北京邮电大学学报. 2008(02)
[8]基于生物光学算法的海洋赤潮监测[J]. 马泳,林宏,艾青,梁梦凡. 光学学报. 2008(01)
博士论文
[1]基于产业视角的中国海洋经济研究[D]. 吴云通.中国社会科学院研究生院 2016
硕士论文
[1]高速高效光混合调制信号性能研究[D]. 康唐振.深圳大学 2018
[2]无线通信系统中的中继选择策略研究[D]. 杜家娇.北京交通大学 2014
本文编号：3504969
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纯海水吸收系数与波长关系曲线
基于海洋湍流信道模型的水下无线光通信系统的性能研究9图2-2叶绿素吸收系数与波长关系曲线从图2-2可以看出，叶绿素对不同波长的吸收系数变化较大，其中波长范围550nm和600nm之间时吸收系数最小，而在波长为450nm和670nm左右有较为明显的波峰，此时吸收系数较大。将海水中所有对光有吸收作用的因素综合，我们可以得到海水整体吸收作用与波长的关系表达式如下：()()()()()wycaaaaa(2-3)上式中，a表示海水的总吸收系数，)(wa表示为纯海水的吸收系数，)(a为悬浮颗粒的吸收系数，通常悬浮颗粒的吸收系数在0.0116~0.130m-1之间。2.1.2海水散射在海水中，对光波造成散射效应的主要因素有纯海水，水下浮游生物以及水下悬浮颗粒。其中，因纯海水分子的尺寸要远小于光的波长，故纯海水的散射作用可用瑞利散射加以解释。根据经验，纯海水的散射系数的表达式可为[44]：324.400)()(wwbb(2-4)其中，0表示参考波长，)(0wb则是参考波长处的散射系数。水下浮游生物除了含有叶绿素会对光产生吸收作用外，其对光还有较强的散射作用。该类散射属于米氏散射。
基于海洋湍流信道模型的水下无线光通信系统的性能研究10与水下浮游生物对光的吸收不同，当对光波产生散射效应，此时的产生的散射系数一般与光的波长成反比，MotoakiKishino等人研究了水下浮游生物对光波的散射影响，并给出了散射系数表达式[47]：62.03.0550Cbc(2-5)其中，C为水下浮游生物的浓度，若C取值分别为0.05，0.08，0.1，0.5和1时，其散射系数与波长关系如下图所示：图2-3浮游生物散射系数与波长关系曲线从图2-3可知，浮游生物的散射系数随着波长的增大而减小，随着其浓度的而增大而增大。水下除了浮游生物外，还不乏有很多小颗粒粒子，这些小颗粒粒子对光产生散射效应时，表现形式主要为米氏散射，根据米氏散射理论，可以推导出这些悬浮颗粒在水下的散射系数，其表达式可描述为[48]：)550(550bb(2-6)其中，)550(b表示当波长为550nm时，其他悬浮粒子的散射系数。一般情况下，)550(b的取值范围为0.00125-0.375mg/m3。在)550(b的取值不同时，悬浮颗粒的散射系数与波长关系如图2-4所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]弱湍流中紫外光非直视分集接收技术的研究[J]. 赵太飞,王秀峰,王花,余叙叙,李永明. 红外与激光工程. 2018(12)
[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)
[4]浅谈CMMB的LDPC码技术[J]. 禄博. 科技资讯. 2014(13)
[5]LDPC在gamma-gamma信道下的性能分析[J]. 伍艳琼,陈名松,敖珺. 激光技术. 2013(06)
[6]瑞利双向中继信道的功率分配及中继位置选择[J]. 李勇,张翔,彭木根,王文博. 北京邮电大学学报. 2012(02)
[7]协作通信中的中继节点选取和功率分配联合优化[J]. 高伟东,王文博,袁广翔,彭木根. 北京邮电大学学报. 2008(02)
[8]基于生物光学算法的海洋赤潮监测[J]. 马泳,林宏,艾青,梁梦凡. 光学学报. 2008(01)
博士论文
[1]基于产业视角的中国海洋经济研究[D]. 吴云通.中国社会科学院研究生院 2016
硕士论文
[1]高速高效光混合调制信号性能研究[D]. 康唐振.深圳大学 2018
[2]无线通信系统中的中继选择策略研究[D]. 杜家娇.北京交通大学 2014
本文编号：3504969
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