广义Gamma分布弱湍流环境含指向误差串行中继水下无线光通信系统误码性能分析.pdfVIP

第53卷第2期光子学报Vol.53No.2

2024年2月ACTAPHOTONICASINICAFebruary2024

引用格式：WANGYixu，LIYueheng，HUANGPing，etal.ErrorPerformanceAnalysisofSerial-relayedUnderwaterWireless

OpticalCommunicationSystemsoverGeneralizedGammaDistributionWeakTurbulenceEnvironmentwithPointingError［J］.

ActaPhotonicaSinica，2024，53（2）：0206002

王懿旭，李岳衡，黄平，等.广义Gamma分布弱湍流环境含指向误差串行中继水下无线光通信系统误码性能分析［J］.光子学

报，2024，53（2）：0206002

广义Gamma分布弱湍流环境含指向误差串行

中继水下无线光通信系统误码性能分析

王懿旭，李岳衡，黄平，居美艳

（河海大学计算机与信息学院，南京211100）

摘要：鉴于目前普遍选用的水下弱湍流模型无法准确拟合实测数据的缺陷，选取经实验测试验证的

广义Gamma分布来表征海洋弱湍流，以期合理评估受湍流等因素影响的水下无线光通信系统的误码性

能。提出一种包含广义Gamma分布弱湍流、零/非零视轴指向误差以及无衰落信道冲激响应隐路径损

耗和多径效应的混合衰落信道模型，据此推导混合衰落串行中继无线光通信系统平均误码率的数学闭

型表达；通过数值仿真验证所推导的误码率理论表达式的准确性，并考察不同系统核心参数对误码率

的影响。研究结果表明：串行中继节点的引入可有效提高系统的误码性能，以零视轴指向误差、最终传

输距离达45m、误码率需求10−3为例，引入1至3个串行中继节点后，系统从一开始的无法工作，变为所

需的发射功率分别降低至24dBm、12dBm和6dBm；而光源初始发散角增大导致的无衰落信道冲激响

应时延扩展，即符号间干扰，则会严重降低此性能改善。

关键词：水下无线光通信；串行中继；性能分析；误码率；广义Gamma分布

中图分类号：TN929.3文献标识码：Adoi：10.3788/gzx.0206002

0引言

海洋环境中普遍存在的吸收与散射效应，湍流衰落以及指向误差等都会对水下光信号的传输造成严重

的衰减，进而大幅降低水下无线光通信（UnderwaterWirelessOpticalCommunication，UWOC）系统的有效

［1-2］

传输距离和通信质量，故而有必要对这些因素尤其是其综合影响加以深入研究。

文献［3］采用纯蒙特卡罗（MonteCarlo，MC）数值仿真法研究了海洋环境吸收与散射效应对系统误码率

的影响。文献［4］研究了UWOC在点对点（Point-to-Point，P2P）通信架构和大范围湍流环境中系统的平均

误码率和中断概率。文献［5-6］则分别研究了在强、弱湍流情形下，P2P-UWOC的平均误码率和系统容量。

文献［7-11］将研究对象推广到多入-多出（Multi-InputMulti-Output，MIMO）模式的UWOC。不过，在这几

篇涉及湍流衰落的论文中，都通过简单移植大气自由空间光（FreeSpaceOptical，FSO）环境的湍流模型来

描述UWOC的湍流效应，其中弱湍流普遍采用Lognormal分布、强湍流采用Gamma-Gamma分布。然而，

经过国外一些