【摘 要】
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近年来,随着海洋的资源价值和战略意义日益重要,对海洋信息传输的需求不断提高,水下无线光通信（Underwater Wireless Optical Communication,UWOC）由于其在传输速率、信道容量等方面的巨大潜力而成为研究热点。利用涡旋光束携带的轨道角动量（Oribital Angular Momentum,OAM）这一新型自由度进行复用可以大幅提高水下无线光通信的信道容量和频谱利
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近年来,随着海洋的资源价值和战略意义日益重要,对海洋信息传输的需求不断提高,水下无线光通信（Underwater Wireless Optical Communication,UWOC）由于其在传输速率、信道容量等方面的巨大潜力而成为研究热点。利用涡旋光束携带的轨道角动量（Oribital Angular Momentum,OAM）这一新型自由度进行复用可以大幅提高水下无线光通信的信道容量和频谱利用率。但是,水下环境中的海洋湍流会引起信道串扰,从而影响OAM复用水下光通信系统的性能。本论文研究海洋湍流信道影响下OAM复用光通信系统性能,进而为降低海洋湍流带来的信道串扰提供有用参考,主要工作和成果如下:1.研究了时变海洋湍流信道的理论模型,建立了海洋湍流时变信道的相位屏仿真模型,模拟了该信道对OAM光束传输的影响。对信道模型进行验证,结果显示海洋湍流相位屏的相位结构函数曲线与理论曲线相符,经信道后的OAM探测概率分布能够较好吻合理论公式。该仿真信道既可用于数值仿真中模拟海洋湍流对光束的影响,也可加载到空间光调制器件上用于水下光通信实验研究。2.基于海洋湍流时变信道模型仿真分析了空时分组码（Space-Time Block Codes,STBC）和垂直分层空时码（Vertically Layered Space-Time Codes,V-BLAST）两种空时编码方案在不同信噪比、传输距离、接收孔径数下对OAM复用UWOC通信系统误比特率（Bit Error Rate,BER）的影响,结果显示利用空时编码技术能够有效降低海洋湍流信道的OAM复用光通信系统的BER。3.研究了多种MIMO检测算法对海洋湍流信道OAM复用光通信系统BER的影响,并且仿真分析了不同天线数目、不同湍流强度下的检测算法性能,结果显示基于最小均方误差准则的串行干扰抵消检测算法能够在海洋湍流信道OAM复用光通信系统中取得相对最优的系统BER性能。本论文研究了海洋湍流时变信道仿真模型,并基于该信道模型研究了空时编码和MIMO检测算法对OAM复用水下光通信系统性能的影响。研究结果可为海洋湍流信道OAM复用光通信系统设计提供参考。
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