本文研究了在混合衰落环境下，单入多出-水下无线光通信（SIMO-UWOC）系统采用选择性合并（SC）分集技术的误码性能。

1. 研究背景：

o 问题：水下无线光通信（UWOC）因其高带宽、低时延、强保密性及无需频谱许可等优势，成为下一代水下高速通信的关键技术。然而，实际海洋环境中存在复杂的信道损伤，如海水的吸收与散射导致的路径损耗、海水温度与盐度变化引发的海洋湍流衰落等，这些因素严重影响系统的误码率、中断概率与信道容量。

o 难点：现有研究大多侧重于单一衰落因素或采用简化信道模型，未能全面、准确地刻画实际海洋中湍流、指向误差与更贴合实际的水下路径损耗三者并存的混合衰落特性。

o 相关工作：现有文献研究了弱湍流下存在指向误差时中继系统的中断性能，基于对数正态与瑞利分布对湍流与链路失准进行建模，探讨了多入多出（MIMO）系统的性能，但未考虑水下路径损耗的影响。也有研究同时考虑了路径损耗、湍流与指向误差，但其路径损耗采用较为简化的Beer-Lambert单指数模型，且湍流采用Gamma-Gamma分布，与实际海洋环境的拟合度不高。

2. 研究方法：

o 构建了一个综合考虑广义Gamma分布海洋湍流、零视轴指向误差及Elamassie路径损耗的SIMO-UWOC系统模型。广义Gamma分布能够更准确地描述实际海洋湍流的统计特性，而Elamassie路径损耗模型则更精确地反映了水下路径损耗的实际情况。

o 研究了该系统在选择性合并（SC）分集技术下的误码性能，并基于Meijer-G函数与多变量Fox-H函数推导出系统平均误码率的理论闭型表达式。通过这些数学工具，能够处理复杂的积分和级数运算，从而得到闭合形式的误码率表达式。

o 通过蒙特卡洛仿真验证了理论推导的正确性。仿真结果表明，理论值与仿真值高度一致，验证了所推导公式的准确性。

3. 实验设计与结果：

o 仿真设置了近海海岸常见水质条件下的吸收系数和散射系数，其他主要仿真参数包括传输距离、接收机孔径、发射功率、抖动标准差等。

o 在链路传输距离为10米、GGD弱湍流闪烁指数为0.1074、接收机孔径为0.1米、抖动标准差为20厘米时，弱湍流环境下SC分集SIMO-UWOC系统的平均误码率随发射功率变化的曲线显示，采用SC分集技术的SIMO-UWOC系统的平均误码率性能显著优于单入单出（SISO）-UWOC系统。例如，在系统平均误码率为2×10^-2时，SISO-UWOC系统所需平均发射功率为30dBm，而分集阶数M为2、3、4的SIMO-UWOC系统所需平均发射功率分别为24.5、22.6、21.8dBm，功率需求分别降低了约18.3%、24.7%和27.3%。

o 在不同湍流强度下，随着分集阶数M的增大，SIMO-UWOC系统的平均误码率性能均呈现持续改善的趋势。例如，在中等湍流（σ^2=0.5641）和强湍流（σ^2=1.0122）下，采用SC分集合并的SIMO-UWOC系统的平均误码率性能显著优于弱湍流（σ^2=0.1074）下的性能。

o 在中强湍流环境下，SC分集SIMO-UWOC系统平均误码率随接收机孔径变化的曲线显示，随着接收机孔径的增大，系统平均误码率不断下降。例如，当M=4时，接收机孔径从0.1米增大到0.12米，平均误码率从3.5×10^-3下降至6.3×10^-4。

4. 总体结论：

o 采用SC分集的SIMO-UWOC系统能有效抵抗海洋混合衰落的不利影响，显著降低系统平均误码率并提升通信传输距离。随着接收端口数量的增加，系统性能改善效果更为显著。

o 通过减小抖动标准差或增大接收机孔径等方式，能够有效降低系统平均误码率，从而进一步抑制混合衰落对系统性能的负面影响。本文的研究为后续快速评估系统误码率性能提供了有效参考。

本文的研究为水下无线光通信系统在复杂海洋环境中的应用提供了重要的理论基础和实验依据。