《非视距水下光学无线通信》156页

与现有的声学技术相比，水下光无线通信（UOWC）具有每秒百万比特（Mbps）到每秒千兆比特（Gbps）的高数据传输速率，而且由于光在水中的高速运转，其延迟时间更短，因此最近已成为一个重要的研究课题。目前，部署在水下的遥控潜水器（ROV）和自动潜航器（AUV）等无人设备的数量不断增加，它们需要高容量和高带宽来传输水下信息。由于水下深处存在危险和风险，潜水员无法深入水下执行任务。本论文主要研究和探讨非视线（NLOS）UOWC 的性能，因为它是设计实用系统的一种更现实的方法。这是因为在实际场景中，由于受到海洋生物、气泡、大型悬浮颗粒和海底特征的阻碍，视线（LOS）通信链路并不总是可行的，尤其是在沿海和浑浊的水域环境中。当发射器和接收器为非稳态节点时，视距链路也不适用。

在对 UOWC 进行介绍和文献综述之后，论文基于蒙特卡罗（MC）模拟，考虑了具有多重散射的非 LOS UOWC 链路的特性。随后，论文首次探讨了采用不同信道调制方案的 NLOS-UOWC 系统的信道响应。由此产生的信道脉冲（CIR）响应随所考虑的水域类型和接收器视场（FOV）而变化。因此，研究了视场角为 30°和 60°时清澈海洋、沿海水域和浑浊水域的信道脉冲响应。然后，确定了在沿海水域使用不同调制格式获得的 CIR，因为这可能是一种应用介质。随后是评估系统的误码率和吞吐量，包括接收器带宽的变化。该系统的误码率为 10-4 或更高，吞吐量为 2.1 Mbps。此外，还利用水下传播相位散射的分析模型，确定了 NLOS UOWC 链路的脉冲响应。这些模型用于获得沿海和港口水域环境中 NLOS UOWC 链路的时间散布结果。使用分析模型进行的曲线拟合显示相关系数在 0.98 和 0.99 之间，证明了所使用模型的实用性。

最后，论文首次介绍了采用连续相位调制（CPM）的多输入多输出（MIMO）NLOS UOWC 系统的性能。CIR 是通过 MC 仿真获得的。在对数正态统计的 CIR 条件中加入了湍流。为了减轻由此产生的衰减，采用了接收端等增益组合的空间分集。通过光子计数将射频噪声包括在内，然后使用马鞍点和高斯近似计算误码率。结果表明，空间分集提高了性能，例如，在 20 米链路上使用 1 Gbps 3×1 多输入单输出 (MISO) 传输，误码率为 10-9 时，灵敏度提高了 8 dB，对数振幅方差为 0.16。论文的最后一部分还利用上限确定了符号间干扰（ISI）在高比特率下的显著影响，从而为多输出安排产生误差下限。