[发明专利]一种提升强流流水下无线光通信性能的方法

说明书

本发明提供一种提升强流流水下无线光通信性能的方法，包括在强海洋湍流下，分别计算出平面波和球面波在孔径平均效应下的闪烁指数以及结构常数；采用DPSK调制技术对水下无线光通信系统的输入信号进行调制，并通过Gamma‑Gamma分布的强海洋湍流信道来传输调制后的信号；利用孔径接收技术来接收信号，并通过Whittaker函数得到外差式差分相移键控调制下的水下无线光通信系统的平均误码率解析表达式；利用得到的平均误码率解析表达式，通过MATLAB软件比较分析不同影响因素下的平均误码率。本发明优点：很好的揭示了提高UWOC系统性能的规律，可用于设计性能更优良的UWOC系统，即提升UWOC系统的性能。

技术领域

本发明涉及水下无线光通信技术领域，具体为一种在强海洋湍流信道中，采用DPSK调制和孔径平均接收方式，对UWOC系统(即水下无线光通信系统)的平均误码率性能进行理论和仿真研究，探讨提升UWOC系统性能的方法。

背景技术

水下无线光通信系统(UWOC)是一种利用发光二极管(light emitting diode，LED)和激光二极管(laser diode，LD)作为光源，以海水为传输媒质实现双向通信的新型视距传输通信技术。UWOC系统具有低蓝光/绿光窗口吸收、低延迟、宽带宽、高安全、低成本、易于安装等优点，在商业海洋资源勘探，潜水员、无人水下航行器、潜艇、船舶、水下无线传感器网络之间的通信，以及水下军事应用等方面有着广泛的应用。这些独特的优点使UVOC技术成为比声波和射频波传输更适合于高速率水下传输的替代方案，近年来引起了科研人员的极大兴趣。

尽管UWOC系统有很多优点，但它也会受到一系列干扰的影响，如吸收、散射和湍流效应。其中，由盐度、温度和密度等波动引起的海洋湍流是影响光束传播、引起强度波动(称为信号闪烁)的主要原因，会严重降低UWOC系统的性能。研究人员提出了几种有效的技术，以减轻湍流效应对UWOC系统性能的恶化，例如空间分集传输、信道编码技术、光束整形、调制技术、中继协作技术和孔径接收平均技术。

UWOC系统的调制常采用OOK调制；然而，OOK调制的通信系统性能并不占优势，而DPSK调制可以消除背景噪声，其性能也优于OOK调制。

用来表征海洋湍流特征的模型有适用于弱湍流(闪烁系数小于0.75)的log-normal分布，强湍流(闪烁系数大于1)的负指数分布和K分布以及Gamma-Gamma分布。其中，Gamma-Gamma分布能比较好的符合实验测量分布。

目前的问题在于：在强海洋湍流条件下，还未有报道孔径平均对UWOC系统误码率性能的影响。因此，基于Gamma-Gamma强海洋湍流分布模型，研究采用DPSK调制和孔径接收平均技术的UWOC系统的平均误码率性能实属当前十分重要的研究方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种提升强流流水下无线光通信性能的方法，通过该方法来揭示提高UWOC系统性能的规律，为提升UWOC系统的性能提供设计依据。

本发明是这样实现的：一种提升强流流水下无线光通信性能的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、在强海洋湍流下，分别计算出平面波和球面波在孔径平均效应下的闪烁指数以及结构常数；

步骤S2、采用DPSK调制技术对水下无线光通信系统的输入信号进行调制，并通过Gamma-Gamma分布的强海洋湍流信道来传输调制后的信号；利用孔径接收技术来接收信号，并通过Whittaker函数得到外差式差分相移键控调制下的水下无线光通信系统的平均误码率解析表达式；

步骤S3、利用得到的平均误码率解析表达式，通过MATLAB软件比较分析不同影响因素下的平均误码率。

进一步地，所述步骤S1具体为：

因在强海洋湍流中传播的光波将经历辐照度波动，利用修正的Rytov理论，将闪烁系数表示为式(1)：