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热致光学湍流对水下无线光通信链路参数影响的实验研究

DOI：10.1088/2040-8986/ab61c8 期刊：Journal of Optics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 在这项实验研究中，我们通过实验探究了温度波动引起的折射率波动对水下通信链路若干关键参数（如平均接收功率、信噪比及归一化功率方差/孔径平均闪烁）的影响。此外，通过引入更适配本模拟水箱实验数据的新概率密度函数，我们还研究了水下无线光通信(UWOC)链路的误码率(BER)特性。鉴于光学湍流对UWOC系统性能的限制作用，这些研究至关重要。实验结果表明：在UWOC链路的发射端与接收端采用光学元件来减弱孔径平均闪烁效应，可提升系统性能。总体而言，当增大光学湍流强度（通过提高棒状加热器产生的温度梯度）或增加由温度梯度形成的局部湍流屏与发射平面的距离时，孔径平均闪烁减弱，从而导致信噪比提升而误码率降低。同时，扩大接收光学器件的孔径直径能减小归一化功率方差，进而分别引起误码率下降和信噪比上升。研究结果以实验仿真图表形式呈现。
作者： Masoud Yousefi，Fatemeh Dabbagh Kashani，Amir Aghajani，Mohammad Reza Hedayati Rad
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究温度波动引起的折射率波动对水下通信链路参数（如平均接收功率、信噪比和归一化功率方差（孔径平均闪烁））的影响，并分析水下无线光通信（UWOC）链路的误码率（BER）特性。

研究成果

实验结果表明，温度波动引发的光学湍流会显著影响水下无线光通信链路的参数指标。通过在发射端与接收端采用光学组件可有效缓解这些影响，从而提升链路性能。该研究还提出了一种新的概率密度函数（Burr分布），能精确拟合实验数据，为湍流水下环境中的误码率特性提供了更深入的认知。

研究不足

该研究仅关注温度变化引起的光学湍流效应，而忽略了天然水体中其他因素导致的吸收和散射效应。实验装置采用纯精制水，可能无法完全代表复杂多变的自然海洋环境条件。

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