水下無線光通信性能及關鍵技術研究

《水下無線光通信性能及關鍵技術研究》是依託清華大學，由董宇涵擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水下無線光通信性能及關鍵技術研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：董宇涵
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

近年來，隨著海洋領域科研工作的不斷深入和無線通信技術的迅猛發展，水下無線光通信技術受到了廣泛的關注，其關鍵技術之一的調製解調技術也得到了逐步深入的研究。現有文獻中也報導了一些常用的調製解調技術，這些研究集中在理論分析上，部分已搭建實驗平台驗證調製解調技術的可行性。本項目從傳統的水下無線光通信調製解調技術出發，針對複雜的水下通信環境和水下光通信系統的性能需求，研究無線光通信系統的通信距離、通信速率、功率消耗、系統複雜度等諸多性能指標，提出一種或幾種性能優異的水下無線光通信調製解調技術。同時研究水下無線光信道特性，建立更加合理的信道模型。針對特定的水下通信環境和系統設定，將對設計的調製解調技術予以仿真驗證，給出科學的分析評價，並探討未來的實際套用前景和社會價值。

結題摘要

本項目主要開展水下無線光通信性能及關鍵技術研究。水下無線光通信是一種新興的通信方式，比傳統的水下聲波通信具有更大的頻寬、更高的速率、更好的保密性等，尤其適用於水下海量數據的高速無線傳輸，因此逐漸成為水下無線通信的研究熱點和重要套用領域。水體的光學特性與大氣相比更為特殊，對光束存在吸收、散射和湍流作用，導致光束在水下傳播時光強衰減、時域擴展、空間發散比大氣中的更為嚴重，因而水下無線光通信的通信距離、通信質量和信道容量等均遠小於大氣環境。複雜的水下無線光信道特性和海水的波動性為系統設計與性能評估帶來了極大的挑戰。 本項目針對這些問題與挑戰，以提升水下無線光通信系統性能為目標開展研究：（1）從信道特性入手，率先使用形式簡單的雙伽馬函式對時域衝激回響建模、首次給出光子在水下傳播的時間-空間域機率分布，為系統設計與性能評估帶來便利；（3）設計和改進了一系列調製編碼方式，有效提高水下無線光通信的通信距離；（3）從光束在水下的空間發散性入手，提出了非準直通信，並評估了平行視距鏈路、下行視距鏈路、非視距鏈路等系統性能及系統參數（接收機視場角、孔徑、光源發散角等）的影響；（4）上述研究工作從簡單的水下無線單輸入單輸出（單光源單檢測器）光通信系統出發，逐步擴展到了水下無線多輸入多輸出（MIMO）光通信系統，定量分析了使用MIMO技術能為水下無線光通信帶來的性能提升。 已發表論文21篇（含已錄用），其中頂級通信期刊論文6篇，國際會議12篇，中文學術論文集論文3篇。獲得授權專利2項，培養碩士生7名，參加學術會議6次。