[发明专利]水下无线光通信光信道仿真方法及仿真系统

说明书

本发明公开了一种水下无线光通信光信道仿真方法及仿真系统，方法包括步骤：选择待模拟的光源类型，产生光脉冲，定义光子的初始位置和当前的方向余弦；并根据不同的水质类型定义不同的水质参数；随机选择光程、散射角和方位角等，更新光子权重，模拟光子在所选水质条件下的信道传输；在接收器端对检测过的光子进行标记和计数。本发明能够解决水下光场数据难以采集测试、水下光通信系统的整体系统设计验证困难的问题，为设计人员提供系统仿真工具，充分考虑水下光通信系统的各种参数，可根据实际项目需求更改参数，满足工程设计要求。

技术领域

本发明属于水下无线光通信技术领域，具体涉及一种水下无线光通信光信道仿真方法及仿真系统。

背景技术

为了满足快速增长的水下人类活动，对高传输速率，大带宽的水下数据通信链路的需求不断增长。水下无线光通信以其信道容量大、抗干扰能力强、安全性高、器件尺寸小等优势为水下通信带来了新的解决办法。相比于射频和水声通信，水下无线光通信是一种新兴的高带宽、低时延和高传输速率的技术，国内外研究人员都对水下无线光通信产生了很大兴趣，进行了科学、环境和商业等方面的研究。

水下无线通信所面对的问题是在水信下道环境中水对光所造成的吸收损耗，光的散射，以及湍流和气泡等。在设计制备水下光通信系统时，需重点观测水下信道特性，才能设计出符合特定需求的通信设备。但是由于水下环境的复杂和不确定中，实际测试和构建水下系统都是十分困难的。人力成本高：需要较高的技术要求；时间成本高：需要长时间多次测量；资金成本高，海洋探测仪器昂贵，测试条件花费高昂，尤其是深海领域。即使测量到数据，也会随着海洋湍流等因素的变化与实际情况不符合。

发明内容

技术目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种水下无线光通信光信道仿真方法及仿真系统，能够解决水下光场数据难以采集测试、水下光通信系统的整体系统设计验证困难的问题，有助于水下光通信系统设计人员更好的设计实际系统，节约了成本，提高了效率。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种水下无线光通信光信道仿真方法，其特征在于，包括步骤：

S1、产生光脉冲：选择待模拟的光源类型，产生光脉冲，定义光子的初始位置和当前的方向余弦；并根据不同的水质类型定义不同的水质参数，水质参数包括水衰减系数c和反照率ω₀，然后选择本次仿真的水质类型；

S2、模拟光子在所选水质条件下的信道传输：

S2.1、选择光子包，根据水质参数计算光子下一步的光程即传输距离l、结合光子当前的方向余弦，计算得到新的光子位置信息；

对光子的方向余弦进行更新，进一步更新光子移动后的位置信息；

光子沿不断更新的位置信息进行传输，在传输路径的起始段设置第一光子检测位，用于对光子的能量进行调整，如果调整后的光子能量小于预期阈值，光子继续传输，否则将此光子的状态记为终止状态；

S2.2、在传输路径的后端设置第二光子检测位，用于对光子的传输状态进行检测，如果光子沿预设方向和范围传输，则进入下一步；否则返回步骤S2.1，重新执行；

S3：接收器模拟光子接收：在接收器端设置第三光子检测位，用于检测光子是否传输到接收器且满足接收器的参数条件，并对检测过的光子进行标记和计数。

优选地，还包括步骤S4、显示水下光通信光子传输的模拟结果：

以图形界面的方式，显示不同模拟条件下，接收器的光子分布情况、系统的脉冲响应图和系统的频率响应图。