终检评审通过 创新训练 413信息与系统科学相关工程与技术 通信网络校级

随着未来海陆空一体化通信系统建设，水下声通信虽然是水下无线通信的主要方式，但是由于水声带宽的限制，水声通信无法实现传输速率的有效提升。水下光通信系统具有传输带宽大、数据传输效率高和通信设备体积小等优点，可解决水下高速无线传输难题。而光在水中传播除了吸收损耗影响还存在着严重的光束发散及散射现象，因此需要对低散射光束对传输性能的影响进行分析。为缓解海水对光的吸收和散射引起的信道衰落等影响，本项目主要研究利用蓝绿光进行的水下低散射光通信，从降低损耗、降低散射等方面对水下无线光通信技术进行提升。通过阅读有关水下光通信的论文，了解水下光通信的现有研究成果，及其发展亟待解决的一些问题，分析对水下光通信的需求，在光束散射、损耗方面优化传输性能。 本项目主要基于optisystem仿真软件，探索基于仿真的水下可见光通信技术，对水下可见光通信系统进行仿真、实验分析，测试具有低散射特性的光束在不同水质下的传输性能。在构建整体通信系统时，信号编码与调制方面，在采用RZ及RZI编码的基础上使用PM调制方式，其中PM调相是相位调制的简称，载波相位受所传信号控制的一种调制方法，载波为正弦波时称调相(PM)，载波为脉冲序列时称脉冲调相(PPM)。在有关光信号的模块，基于蒙特卡洛方法的信道仿真模拟，以概率统计理论为指导，构造或描述概率过程，再从已知概率分布抽样，如采用若干随机数进行统计试验而得到特征值，或由其出现的频率估计这一事件的概率，以此作为待解决问题的近似估计。而实验中海水中各粒子对光的散射可以认为是独立随机的，而光子的量很多，满足统计要求，即可采用蒙特卡洛方法计算海水粒子对光的统计结果，来表征海水对光的作用程度。先将光子初始化设定初始参数，综合考虑海水的吸收、散射等因子，确定光子步长以及权值，再根据HG(Henyey—Greenstein)方程确定光子的散射方向和新的坐标位置，在新的坐标产生之前，进行边界判决和权值判决，以判断光子是否达到边界条件，若未达到边界条件，则继续散射模拟，最后统计符合结束条件的光子数，判断是否所有光子都模拟完毕，并统计数据结果。 为解决散射问题，采用高斯-贝塞尔光束，这是振幅由第一类贝塞尔函数描述的波，特点是它在有限距离上很少或几乎没有衍射、在通过障碍物后可以在光轴下方的一个点处重新形成，即贝塞尔光束是自愈的，从而有效减少散射的影响，提高传输效率。与平面波一样，实际无法产生真正的贝塞尔光束，因为它是无界的并且需要无限量的能量。但是高斯-贝塞尔光束可以通过近似地手段得到，将高斯光束与轴锥透镜聚焦便可产生高斯-贝塞尔光束，也可通过使用轴对称衍射光栅，或通过在远场中放置窄环形光圈来实现。本项目应用仿真软件模拟高斯-贝塞尔光束进行研究。