孔径接收对强海洋湍流DPSK调制的水下光通信系统误码率影响研究

水下光通信（underwater wireless optical communication,UWOC）系统具有宽带宽、高保密等优点,适用于水下通信。然而,水下吸收、散射和湍流效应影响了光束传输,限制了系统在长距离方面的应用。本文探讨了差分相移键控（differential phase-shift-keying, DPSK）调制和孔径接收对在Gamma-Gamma强湍流信道中传输的UWOC系统误码率（bit error rate,BER）的影响。基于Whittaker函数,推导出了系统采用DPSK调制高斯光束在强湍流中传输的BER解析式。仿真观察了系统调制方式、孔径接收直径、传输距离以及四种海洋参数对BER性能的影响。结果表明,采用DPSK和较大尺寸的孔径直径接收可以有效地提高BER性能。同时,系统在均方温度耗散率和温度和盐度波动对海洋湍流贡献的比值较小、动力粘度较大,湍流动能耗散率较大或较小的短距离海洋湍流环境中可以获得较好的通信性能。      

水下光通信系统在非Kolmogorov湍流中的传输特性

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。     

Gamma Gamma强海洋湍流和瞄准误差下水下无线光通信系统的性能研究

采用外差式差分相移键控(Differential phase-shift keying,DPSK)调制的水下无线光通信(Underwater wireless optical communication,UWOC)系统经过Gamma Gamma强海洋湍流信道传输,当接收端与发送端之间存在瞄准误差并采用孔径接收方式时,分析了湍流效应和瞄准误差对接收光强的抖动影响,推导了UWOC系统的平均误码率(Bit error rate,BER)和中断概率(Outage probability,OP)的解析表达式。数值模拟研究了不同的瞄准误差、束宽、接收孔径和海洋湍流参数对平均BER和OP性能的影响。结果表明,在相同的束宽和信道环境下,瞄准误差越大,系统性能越差;光束束宽与孔径半径之比越大,接收孔径直径越大,系统性能越好;另外,选择较小的温度和盐度波动对海洋湍流贡献的比值ω和均方温度耗散率χT,以及较大的湍流动能耗散率ε和动力粘度u的海洋湍流环境也有利于获得较好的系统性能。     

各向异性海洋湍流对外差式DPSK无线光通信系统的性能研究

应用广义的惠更斯-菲涅耳原理及改进的Rytov方法,采用基于Gamma-Gamma光强概率分布的海洋湍流信道模型,得到了中断概率解析式.并在此基础上对各向异性海洋湍流高斯光束外差式差分相移键控(DPSK)调制的中断概率性能进行了研究.仿真分析了不同的各向异性海洋湍流下各种海洋湍流参数(温度与盐度波动对功率谱变化贡献之比、单位质量流体动能耗散率、均方温度耗散率)、传输距离、DPSK调制的数据传输速率对中断概率的影响.为降低高斯光束DPSK调制下的中断概率、提高通信质量及可靠性提供了理论依据.     

Gamma Gamma强海洋湍流下无线光通信系统的平均容量研究

建立了一个采用强度调制/直接检测(intensity modulation/direct detection,IM/DD)和开关键控(on-off keying,OOK)的水下无线光通信(Underwater wireless optical communication,UWOC)系统,通过采用 Gamma Gamma...     

水下无线光通信动态阈值判决技术研究与性能分析

针对海洋湍流信道环境下固定阈值判决方案导致水下无线光通信系统性能恶化的问题,提出了一种动态阈值判决方案。该方案基于水下湍流信道慢衰落的特性,在发送端将数据以帧为单位进行发送,接收端则根据接收帧前导码的幅度每帧更新一次判决阈值。采用蒙特卡洛法和Gamma-Gamma信道模型对水下无线光通信系统进行仿真,仿真结果表明：在弱湍流信道环境下,当系统误码率为10^-6时,动态阈值判决方案比固定阈值判决方案的误码性能提升5.4 dB;在中、强湍流信道环境下,动态阈值判决方案能够有效抑制误码率门限现象的产生。     

海洋湍流下波长分集无线光通信系统性能分析

由于海水的吸收、散射衰减以及海洋湍流效应会引起水下无线光通信（Underwater wireless optical communication,UWOC）系统接收端光信号的闪烁,导致UWOC系统传输性能下降。基于Gamma-gamma分布的海洋湍流信道模型,根据海洋湍流参数和各向异性因子表示的等效结构参数,推导出波长分集UWOC系统中断概率（Outage probability,OP）与平均误码率（Bit error rate,BER）封闭表达式。研究分析随着各向异性因子的增加,具有不同波长分集阶的水下无线光通信系统中断概率与平均误码率的变化,比较接收端使用最佳组合（Optimal combining,OC）与等增益组合（Equal gain combining,EGC）技术的水下无线光通信系统平均误码率,并仿真不同海洋湍流参数、传输距离对波长分集UWOC系统性能的影响。数值结果表明,随着各向异性因子的增加,海洋湍流对水下无线光通信系统产生的影响逐渐减弱,使用波长分集技术的UWOC系统比无波长分集技术的UWOC系统中断概率与平均误码率明显改善。     

MIMO水下无线光通信系统性能解析研究

为了消除海洋湍流引起的信号衰落和衰减,在基 于BPSK调制的水下无线光通信(underwater wireless optical communication,UWOC)系统中引入了MIMO(multi-input multi-outpu t)技术。在 假设海洋湍流模型为log-normal分布基础上,得出了球面波光束在弱海洋湍流传输的闪烁 指数计算公 式。借助于Gauss-Hermite正交积分近似公式,推导了UWOC系统分别采用SISO(single-in put single-output)、SIMO(single-input multi-output)、MIMO三种技术,且接收端 采用等增益合并法时, 系统误码率(bit error rate,BER)的解析公式。应用此解析公式,数值仿真观察了系统 误码率在不同 的信噪比下受三种海洋参数(即均方温度耗散率,单位质量液体中的湍流动能耗散率,温度 和盐度波 动的相对强度)以及系统通信距离的影响。仿真结果表明,UWOC系统采用MIMO技术,在较小 的 均方温度耗散率、较小的温度和盐度波动的相对强度、较大的湍流动能耗散率的海洋中,以 及通过较 短的通信链路都可以得到更优的误码率性能。     

一种2ASK的水下光通信系统研究

为解决水下声通信的通信速率低,无线电波通信的通信距离短等问题,设计并实现了一种2ASK的水下光通信系统。该水下光通信系统使用2ASK二分键控调制方式进行调制,从而实现一定距离上的高速信号传输。在模型测试中,系统使用小功率蓝光LED进行信号传输,并在接收端处接收到发送信号,从而验证了使用2ASK进行水下光通信的可行性,并通过测试其误码率、信噪比等通信系统的关键参数,为使用BPSK,OFDM等技术的水下光通信系统提供重要参考。     

大气湍流下激光斜程通信误码率分析

自由空间激光通信系统的性能容易受大气湍流效应影响而下降。针对地空激光通信的实际情况,将修正Rytov方法应用于大气湍流条件下的光波斜程传输研究。基于ITU-R大气结构常数模型,建立了湍流条件下系统误码率的数学计算模型,对不同强度湍流信道的系统误码率进行了数值计算,讨论了误码率受通信高度、天顶角、工作波长及近地面风速等系统参数影响程度及变化规律。结果表明:大气湍流强度是影响系统性能的决定性因素;在相同强度湍流条件下,系统的误码率随通信高度、天顶角、风速的增大而增大,随工作波长的增大而减小。     

空间X射线通信系统误码率分析

自X射线通信的概念被提出后,大部分研究集中在发射源、收发天线和探测器等关键器件上,而关于传输理论的研究较少。文中旨在建立X射线通信的理论模型,首先建立了X射线通信的功率传输模型和链路方程;其次建立了基于泊松噪声的X射线通信误码率模型,随后建立了X射线通信中的核心参数:通信距离,通信速率,误码率与传输功率之间的关系;最后对不同阳极高压与不同调制方式下探测器端信号光子数进行实验监测,对功率传输方程及误差模型进行验证,测试了X射线通信系统的误码率,理论与实验较为符合,OOK和4 PPM的误码率可达10-4~10-5量级,为空间X射线通信研究建立了理论基础,同时有望对空间X射线通信的工程化提供一定的参考。     

Bit error rate and reliability analysis of cooperative communication in free-space optical systems

We have investigated the performance and reliability improvement of cooperative free-space optical (FSO) communication over single input single output (SISO) system in this paper. The bit error rate (BER) analysis with quadrature phase shift keying (QPSK), gamma–gamma channel model and pointing error has been demonstrated for SISO and cooperative system. The performance improvement with different combining techniques in cooperative system for different channel environments has been shown in the paper. Markov models for reliability analysis of FSO systems in SISO and cooperative communication have been developed. We have obtained significant increase in availability and mean time between failures with cooperative communication over SISO model.     

孔径接收下各向异性海洋湍流UWOC系统误码分析

为了研究孔径接收对各向异性海洋湍流条件下水下无线光通信(UWOC)系统误比特率的影响, 系统采用高斯光束传输, 接收端通过孔径接收, 在脉冲位置调制方式下通过各向异性海洋湍流信道。引入各向异性海洋湍流结构常数, 通过对闪烁的形成原理和各向异性海洋湍流条件下闪烁系数的分析, 数值模拟得到了在不同接收孔径和各向异性因子下, 海洋湍流参量、传输距离、雪崩光电二极管(APD)平均增益和调制阶数对系统误比特率的影响。结果表明, 相同各向异性因子和海洋湍流参量下, 大孔径接收能有效提升系统误比特率性能; 相同孔径直径和海洋湍流参量下, 各向异性因子越大, 系统通信性能越好; 均方温度耗散率、温度和盐度对海洋功率谱变化贡献的比值较小, 湍流动能耗散率、动力粘度较大以及传输距离越短, 系统误码性能越好; APD增益为100或150时, 系统通信性能最佳; 调制阶数M=8时, 系统通信性能最佳, M>64时, 系统误比特率变化程度几乎饱和。该研究为UWOC系统平台搭建和性能估计提供了参考。     

Error rate performance for STBC in free-space optical communications through strong atmospheric turbulence

In this letter, error rate performance for space-time block coding (STBC) in free-space optical (FSO) communication systems with direct detection operating over strong atmospheric turbulence channels is analyzed. Based on the modification of the Alamouti code presented by Simon and Vilnrotter, a generalized approach is adopted to consider space-time coded on-off keying (OOK) formats with any pulse shape and reduced duty cycle, allowing the increase of the peak-to-average optical power ratio (PAOPR) and, hence, a relevant improvement in error rate performance. Simulation results are further demonstrated to confirm the analytical results     

Bit error rate performance for optical fiber systems with modalnoise

A gamma distribution is used to model the received optical power fluctuation in a digital fiber-optic system affected by modal noise. New recursive formulas for the moments of the receiver output current are obtained which can be used in the Gauss quadrature rule (GQR) approximation of the error probability integral. Error rates have been calculated for varying degrees of modal noise disturbance