引用本文:

王菲,姬冠妮. 基于圆弧拟合算法的海水激光通信信道研究[J]. 光通信技术,2021,45(3):51-53.

基于圆弧拟合算法的海水激光通信信道研究

王 菲,姬冠妮

(西安交通工程学院 中兴通信学院,西安710300)

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摘要:针对海水激光通信信道复杂多变的问题,利用蒙特卡洛法模拟了蓝绿激光在海水信道中的传输过程,得到了不同传输距离下接收功率的统计图。分别利用高斯函数和圆弧拟合算法对此统计结果进行了拟合,并计算出了激光在不同传输距离的高斯拟合误差和圆弧拟合误差,得出圆弧拟合算法拟合误差小于高斯函数拟合。在圆弧拟合算法的基础上建立了水下无线光通信信道模型,根据该传输模型可快速得到在一定海水水质参数下,海水中激光传输距离、任意接收位置和接收光功率之间的关系,为水下无线光通信系统的设计提供了参考价值。

关键词:蒙特卡洛;圆弧算法;激光通信;信道模型

中图分类号:TN929  文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)03-0051-03

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.03.012

0 引言
       水下无线光通信作为一种新兴的水下无线通信方式,具有通信时延低、带宽高、抗干扰能力强和传播损耗较低[1]等优势。在水下无线传感器网络、水下智能航行器和海底资源探索及海洋环境监测等方面展现了巨大的潜力,成为水下信息传输领域的研究热点[2]。
  海水信道特性直接影响水下无线光通信系统的传输性能,所以对水下激光通信信道特性和模型的研究非常重要[3]。由于海域环境的复杂性,水下激光通信的研究受到了一定的限制。目前的研究中,黄爱萍等人[4]采用蒙特卡洛法仿真实验证了海水信道传输效率随接收视角和发散角的关系。李天松等人[5]采用蒙特卡洛法很好地描述了激光脉冲水下散射特性和脉冲时延展宽特性,但是蒙特卡洛法仿真的数据量过大、时间过长,水下激光通信没有具体的传输模型。本文根据近海水域海水的光学特性,采用蒙特卡洛法模拟海水信道的传输特性,仿真得到接收机接收功率在不同传输距离和任意位置的关系变化图,并利用高斯函数和圆弧算法对此仿真结果进行拟合对比分析,得到蓝绿激光通信的传输模型。

3 结束语
       本文研究近海水域的通信信道传输,在圆弧拟合算法基础上建立了激光传输模型,通过对该模型的分析可以得到:当激光传输距离一定时,激光器在视场角范围内接收的光功率主要集中在光斑中心附近位置,当激光器远离中心附近位置后功率快速下降,光斑也快速扩展;固定接收机在光斑的某一位置上,根据圆弧拟合算法的激光传输模型,蓝绿激光的海水信道的衰减系数随传输距离的变化呈线性关系,且衰减系数为3.04 dB/m,与理论传输模型基本吻合。本文的研究为水下无线光通信系统的设计提供了参考价值。