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引用本文:汤琦,孟贤. 基于部分均匀采样的蒙特卡洛仿真模型[J]. 光通信技术,2024,48(5):86-90.

基于部分均匀采样的蒙特卡洛仿真模型

汤 琦,孟 贤*

(西安邮电大学 电子工程学院,西安710121)

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摘要:针对海面紫外光散射传输中存在的衰减问题,提出了一种基于部分均匀采样的蒙特卡洛仿真模型。该模型考虑到海平面上空气中的粒子浓度较高导致能见度较低的情况,对距离参数采用重要性采样方法,而对方向参数中的天顶角则采用均匀采样方法。仿真结果表明:与传统的蒙特卡洛仿真模型相比,在保证相同性能的前提下,所提出的模型能够显著提高计算效率,计算效率提升了约5个数量级,非常适合应用于海上千米量级的实际传输场景。

关键词:紫外光通信;多阶散射模型;蒙特卡洛;重要性采样;部分均匀采样;非视距通信

中图分类号:TN926 文献标志码:文章编号:1002-5561(2024)05-0086-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2024.05.014

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这篇文章主要介绍了针对海面紫外光散射传输中存在的衰减问题,提出了一种基于部分均匀采样的多阶散射传输模型(MCS-PUS),并详细阐述了该模型的构建过程、优势、仿真结果及其应用前景。以下是文件的核心要点总结:

  1. 研究背景与动机

    • 针对海面紫外光通信中的衰减问题,提出了一种新的传输模型。

    • 海平面上空气粒子浓度高,导致能见度低,影响紫外光通信效率。

  2. 模型介绍

    • MCS-IS模型:传统蒙特卡洛仿真模型,对距离、方向和散射角均采用重要性采样方法。

    • MCS-PUS模型:基于部分均匀采样的多阶散射传输模型,对方向参数采用均匀采样,对距离参数采用重要性采样。

  3. 模型构建

    • 详细描述了光子在信道中的传播过程,包括发射、散射、接收等步骤。

    • 分析了海雾对紫外光的散射特点,讨论了雾滴粒子的粒径分布及其对光子散射的影响。

  4. 仿真结果与分析

    • 计算效率:与MCS-IS模型相比,MCS-PUS模型在保持相同性能的前提下,计算效率提高了约5个数量级(具体为1.35×10^5倍)。

    • 路径损耗:仿真结果表明,多阶散射模型相比单阶散射模型更为精确,路径损耗随着散射次数的增加而减小。

    • 参数影响:分析了不同散射阶次、通信距离、发射和接收仰角等参数对路径损耗的影响。

  5. 模型优势

    • 高效性:通过优化采样方法,显著提高了计算效率。

    • 适用性:非常适合海上千米量级的实际应用场景。

  6. 应用前景

    • 紫外光通信因其独特的优点(如强散射性、低背景噪声、全天候通信能力)在保密和安全通信领域具有广阔的应用前景。

    • MCS-PUS模型为紫外光非视距通信提供了高效、精确的传输模型支持。

  7. 未来工作

    • 文件未直接提及未来工作的具体方向,但可以推测未来可能包括进一步优化模型、探索更多应用场景、提升模型在不同环境条件下的适应性等。