發(fā)布時(shí)間：2020-08-06 15:40

【摘要】：海洋面積占全球面積的70%以上,蘊(yùn)含豐富資源。而進(jìn)行海洋勘測和開發(fā)的必要條件之一就是具備水下通信的能力。水聲通信是目前較為成熟的通信手段,但因受到多徑干擾以及多普勒效應(yīng)的影響,水下通信傳輸帶寬小,時(shí)延高,不能滿足高速傳輸需求。水下無線光通信(UWOC)可以提供大帶寬傳輸,且具有低延遲和高安全性等優(yōu)點(diǎn)。然而,海水對光的散射特性引起時(shí)域色散,使信道帶寬受限,另外光電調(diào)制及器件影響使得收發(fā)端帶寬受限。兩方面的帶寬受限影響傳輸性能,且缺乏有效的補(bǔ)償方法。本文通過仿真和實(shí)驗(yàn),分別對水下信道和收發(fā)機(jī)端的帶寬受限進(jìn)行研究,并基于最大似然序列估計(jì)(MLSE)均衡算法補(bǔ)償帶寬限制,提高系統(tǒng)性能。本文創(chuàng)新及主要工作包括以下內(nèi)容:一、基于Fournier-Forand體散射相函數(shù)的蒙特卡洛算法建立了光子在水中的運(yùn)動(dòng)過程仿真模型,分析了海港環(huán)境下不同傳輸距離與不同視場角(FOV)影響下的UWOC信道脈沖響應(yīng),并計(jì)算相應(yīng)信道帶寬。仿真結(jié)果表明,渾濁的海港水域條件下,因時(shí)域色散產(chǎn)生碼間干擾,使得信道帶寬嚴(yán)重受限,當(dāng)傳輸距離從8米增加到16米時(shí),信道帶寬從0.5GHz減小到0.1GHz。二、基于蒙特卡洛仿真得到的信道脈沖響應(yīng),對不同發(fā)送速率且不同傳輸距離下的UWOC系統(tǒng)進(jìn)行帶寬受限及其補(bǔ)償方案進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了基于MLSE均衡算法的性能提升效果。仿真結(jié)果表明,對比逐符號檢測方案,在滿足7%前向糾錯(cuò)碼(FEC)的條件下,MLSE均衡檢測可實(shí)現(xiàn)的最大可傳輸比特率在12米內(nèi)從0.4Gbps提高到0.8Gbps。當(dāng)信號在10米內(nèi)以0.8Gb/s的速率傳輸時(shí),功耗降低4dBm。三、搭建了水下超奈奎斯特傳輸實(shí)驗(yàn)平臺(tái),研究了UWOC系統(tǒng)中收發(fā)機(jī)端對傳輸帶寬的限制作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于MLSE均衡檢測,在系統(tǒng)帶寬僅167 MHz的情況下,能夠在1米內(nèi)最高實(shí)現(xiàn)l.1Gb/s的開關(guān)鍵控(OOK)傳輸,是SbS檢測所能達(dá)到的數(shù)據(jù)速率的兩倍。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.1
【圖文】：

光度法和萃取技術(shù)分離有機(jī)雜質(zhì)，分成浮游植物和非藻類顆粒。浮游植物所含的逡逑葉綠素對可見光具有很強(qiáng)的吸收作用，Ｒｏｅｓｌｅｒ測出了葉綠素的吸收系數(shù)與光的逡逑波長之間的對應(yīng)關(guān)系。如圖２－２所示，由圖中可以看出，葉綠素的吸收系數(shù)峰值逡逑存在于在藍(lán)色和紅色光譜區(qū)域上，說明對這兩個(gè)光波波段中，浮游植物對光具有逡逑較強(qiáng)的吸收作用。逡逑，２ｒｖ——————．．．．．．—逡逑Ｉ：邋＼Ｊ＼逡逑０．０邋邐：邐１邐逡逑４００邐５００邋６００邋７００逡逑波長（ｎｍ）逡逑圖２－２混合藻類組成的浮游植物吸收光譜逡逑（由Ｒｏｅｓｌｅｒ等人１９８９年修改）逡逑１０逡逑

廣逡逑Ｓ：：Ｖ邋＾逡逑２００邐３００邐４００邐５００邐６００邐７００邐８００逡逑光的波Ｌ＜；邋（ｎｍ）逡逑圖２－１純凈海水對光的°及收系數(shù)逡逑海水中含有浮游生物和懸浮顆粒等各種有機(jī)物，１９８９年ＲｏｅｓｌｅｒＰＩ采用分光逡逑光度法和萃取技術(shù)分離有機(jī)雜質(zhì)，分成浮游植物和非藻類顆粒。浮游植物所含的逡逑葉綠素對可見光具有很強(qiáng)的吸收作用，Ｒｏｅｓｌｅｒ測出了葉綠素的吸收系數(shù)與光的逡逑波長之間的對應(yīng)關(guān)系。如圖２－２所示，由圖中可以看出，葉綠素的吸收系數(shù)峰值逡逑存在于在藍(lán)色和紅色光譜區(qū)域上，說明對這兩個(gè)光波波段中，浮游植物對光具有逡逑較強(qiáng)的吸收作用。逡逑，２ｒｖ——————．．．．．．—逡逑Ｉ：邋＼Ｊ＼逡逑０．０邋邐：邐１邐逡逑４００邐５００邋６００邋７００逡逑波長（ｎｍ）逡逑圖２－２

逡逑如圖２－３所示，非藻類粒子（ＮＡＰ）吸收系數(shù)在藍(lán)色中最強(qiáng)，近似呈指數(shù)遞逡逑減到紅色。非藻類粒子的成分包括浮游動(dòng)物和細(xì)菌，以及浮游植物的非色素部分逡逑（細(xì)胞壁、細(xì)胞膜等）、碎屑材料和無機(jī)顆粒。逡逑１．２邋－Ｉ邐逡逑，一邋０．８邋＼逡逑０．０邋－Ｉ邐１邐１邐逡逑４００邐５００邐６００邐７００逡逑波長（ｎｍ）逡逑圖２－３非藻類粒子的吸收光譜逡逑有色溶解有機(jī)物（ＣＤＯＭ）的吸收（圖２－４）與非藻類粒子非常相似，部分逡逑原因是成分（有機(jī)物質(zhì)）相似，但有色溶解有機(jī)物的吸收系數(shù)呈現(xiàn)更陡的指數(shù)斜逡逑率。逡逑■ｉ邋0逡逑．Ｉ—逡逑＇邋０．８逡逑一２逡逑0逡逑Ｇ邋

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