水下高速无线光双向通信系统的研究

摘要

随着海洋强国战略的提出，对海洋的研究、开发和利用已引起学术界和产业界的广泛关注，水下通信是海洋活动的重要信息承载手段。目前，水下无线通信主要采用水声通信的方式，尽管水声通信传输距离长，但带宽小、速率低、时延长、保密性差，目前即使采用复杂的高阶调制，通信速率也很难达到Mbps量级，难以满足图像、视频等高速业务传输的需求。因此，急需一种高速率、大带宽、高能效、且保密性好的通信方式。因此，无线光通信成为目前水下高速通信的研究热点。本论文针对水下无线光通信的信道建模、高速通信系统设计和双向通信实验等展开研究，主要完成如下工作。 (1)基于蒙特卡洛方法对水下无线光信道建模，仿真分析了深海水、清海水、近岸水和港口水四种不同类型海水的传输距离与路径损耗的关系，即，随着海水浑浊度的增加，传输距离逐渐减小；以及接收平面偏离轴向角度与接收光功率的关系，结果表明，接收平面偏离轴向微小的角度也会造成接收光功率的急剧减小。 (2)设计研制了速率为100Mbps的水下无线光通信发射机和接收机的信号整形电路模块，搭建通信实验系统，在模拟不同类型海水信道条件下进行了系统性能测试。当为清水信道时，100Mbps速率传输16m，BER为2.0×10-4(小于FEC门限3.8?10-3)。 (3)设计研制了水下无线光通信以太网转换接口模块，搭建双向通信系统实现了以太网实时业务，如语音、大数据量文件和实时视频等业务的传输，最高速率达到100Mbps。

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