基于多重降質(zhì)復(fù)合信道的UWOC 系統(tǒng)誤碼率性能研究

張建磊，張鵬偉，朱云周，田雨欣，李婕妤，楊祎，賀鋒濤

（1 西安郵電大學(xué) 電子工程學(xué)院， 西安 710072） （2 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所，西安 710119）

0 引言

水下無線光通信（Underwater Wireless Optical Communication， UWOC）系統(tǒng)可在水下環(huán)境中實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)傳輸。相比傳統(tǒng)水下通信方式受限于聲波傳輸?shù)牡退俸透蓴_的局限，水下無線光通信系統(tǒng)充分利用了光在水中的傳播特性，為水下通信領(lǐng)域帶來了新的突破和可能性。該系統(tǒng)工作于400～550 nm 波段的藍/綠光頻譜范圍內(nèi)，相較于聲學(xué)系統(tǒng)，具備高數(shù)據(jù)速率、低延遲、高傳輸安全性和低能耗等優(yōu)點［1-3］。盡管具有顯著的優(yōu)勢，光在水下的傳播也受到多重降質(zhì)效應(yīng)的影響，包括吸收、散射、氣泡和湍流，限制了水下無線光通信系統(tǒng)的可行通信范圍［4-5］。因此，研究水下無線光通信在這種復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用仍然具有挑戰(zhàn)性。

文獻［6-8］對UWOC 通道中的吸收和散射效應(yīng)進行了廣泛的研究，但忽略了水下湍流對系統(tǒng)的影響。水下湍流衰落是UWOC 系統(tǒng)中不可忽視的問題，由水下環(huán)境中的湍流運動引起。湍流衰落會使光信號在傳輸過程中發(fā)生隨機變化，影響接收端的光功率穩(wěn)定性。文獻［9-11］修改了現(xiàn)有的大氣湍流對數(shù)正態(tài)分布信道模型，以描述水下環(huán)境中的輻照度波動。然而，大氣的溫度折射率變化譜和水下的溫鹽折射率譜存在顯著差異，使得對數(shù)正態(tài)分布不適合模擬水下湍流引起的輻照度波動。為此，文獻［12］提出了混合指數(shù)-對數(shù)正態(tài)模型來描述UWOC 通道中的輻照度波動。然而，指數(shù)對數(shù)正態(tài)分布在UWOC 信道中的應(yīng)用使得重要性能指標(biāo)（如中斷概率和平均誤碼率）很難獲得封閉形式和易于使用的表達式?！?br>