海洋湍流条件下基于POV光的模分调制和复用通信方法技术

本发明专利技术公开了一种海洋湍流条件下基于POV光的模分调制和复用通信方法，基于ABCD光学系统，建立类POV光在自由空间中的衍射模型，得到POV光的远场分布表达式；进而得到经海洋湍流扰动的OAM探测概率谱的数学表达式；选定适合于湍流海洋无线光通信的POV光的波参数；择选适合于模拟POV光在多层相位屏中传输的相位功率谱函数和相位屏间隔；计算POV光的瞬时衰减和转移因子；构建基于POV光的模分调制和信道复用通信模型。该方法将POV光应用于受限于海洋湍流的基于模分调制和信道复用技术的UWOC系统，对比基于传统涡旋光的UWOC通信系统具有优越的通信性能。优越的通信性能。优越的通信性能。

【技术实现步骤摘要】
海洋湍流条件下基于POV光的模分调制和复用通信方法


[0001]本专利技术属于水下无线光通信
，具体为一种在海洋湍流作用下，采用光束半径恒定的POV光束，进行模分调制和信道复用通信的方法。

技术介绍

[0002]水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication，UWOC)，是以激光为载波，以海水为传输介质实现双向通信的新型视距传输通信技术。由于其频带宽，传输速度高，抗干扰能力强，保密性强以及体积小等优点而具有实现高速大容量通信的潜力。同时，轨道角动量(Orbital Angular Momentum，OAM)是涡旋光子的一种属性，为光波承载信息提供了一个不同于幅度、相位、频率和载波的新自由度，可以进一步提高UWOC链路中的通信系统容量。然而，当携带OAM的涡旋光经过海洋，它的波前相位将受损于海洋湍流中的折射率变动，从而影响基于OAM的UWOC系统性能。为了克服这一障碍，科研人员从OAM探测概率的角度入手，研究了多种光源对海洋湍流引起的性能衰退的抗性。如部分相干拉盖尔高斯(Laguerre<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋湍流条件下基于POV光的模分调制和复用通信方法，其特征在于，包括下述步骤：1)基于ABCD光学系统，建立类POV光在自由空间中的衍射模型，得到POV光的远场分布表达式；2)根据POV光的远场分布表达式，得到经海洋湍流扰动的OAM探测概率谱的数学表达式；选定适合于湍流海洋无线光通信的POV光的波参数；3)根据归一化闪烁指数和POV光的波参数，择选适合于模拟POV光在多层相位屏中传输的相位功率谱函数和相位屏间隔；基于反向离散傅里叶变换和蒙特卡洛方法，计算POV光的瞬时衰减和转移因子；4)根据POV光的瞬时衰减和转移因子，构建基于POV光的模分调制和信道复用通信模型。2.根据权利要求1所述的海洋湍流条件下基于POV光的模分调制和复用通信方法，其特征在于，所述步骤1)中，建立类POV光在自由空间中的衍射模型如下：贝塞尔高斯光经过傅里叶棱镜生成的POV光的源平面光场形式为：其中，I
m
(
·
)为m阶的修正贝塞尔函数，m为发送拓扑荷数，z为传输距离，ρ为极径，θ为极角，i为虚数单位，ω
g
为控制BG光的高斯光束半径，R为POV光束半径，T为POV光圈厚度；得到POV光的远场分布表达式：POV
m
(ρ,θ,z)
∝
F
m
(ρ,z)exp(imθ)
ꢀꢀꢀ
(6)其中，式中，F
m
(ρ,z)是POV光束的径向函数，J
m
(
·
)是m阶的贝塞尔函数，ρ为接收平面上的极径，k是POV光的波数，A、B和D代表ABCD光学系统中的无量纲参数。3.根据权利要求1所述的海洋湍流条件下基于POV光的模分调制和复用通信方法，其特征在于，所述步骤2)具体步骤如下：2a)给出在海洋湍流的影响下，发送TC为m的POV光，接收机接收到的拓扑荷为n的POV光的强度；2b)求解应用于UWOC系统的POV光所受的湍流扰动；2c)由步骤2a)中得到拓扑荷为n的接收光强和步骤2b)得到UWOC中POV光所受的湍流扰动，得到POV光的OAM探测概率谱；2d)选定适合于湍流海洋无线光通信的POV光的波参数。
4.根据权利要求3所述的海洋湍流条件下基于POV光的模分调制和复用通信方法，其特征在于，步骤2a)中，接收机接收到的TC为n的POV光的强度为：式中，n为OAM探测概率谱的接收拓扑荷，i为虚数单位，&lt; &gt;
T
为湍流信道上的集平均，ρ1和ρ2是极坐标系，分别为(ρ,θ1)和(ρ,θ2)，&lt;exp[ψ
*
(ρ1,z)+ψ(ρ2,z)]&gt;
T
为POV光受到的总复相位扰动，为POV光在真空中的互相干函数。5.根据权利要求4所述的海洋湍流条件下基于POV光的模分调制和复用通信方法，其特征在于，步骤2b)中，POV光所受的湍流扰动通过下式计算：式中，和分别为横向和轴向的辐照度波动，是复相干度。6.根据权利要求4所述的海洋湍流条件下基于POV光的模分调制和复用通信方法，其特征在于，所述步骤2c)中，POV光的OAM探测概率谱的数学表达式如下：式中，F
m
(ρ,z)是POV光束的径向函数，m为发送拓扑荷数，Δθ为接收平面上两点之间的相位差，E1和E2为海洋湍流的两个统计量，可表示为：和
式中，k是POV光的波数，z为传输距离，为海洋湍流的折射率空间功率谱密度，J0(
·
)为0阶的贝塞尔函数，和Λ为POV光在接收平面的无量纲参数，可表示为：式中，Λ0和θ0为准直的POV光在源平面的无量纲参数，R为POV光束半径。7.根据权利要求3所述的海洋湍流条件下基于POV光的模分调制和复用通信方法，其特征在于，所述步骤2d)中，根据2c)得到的波参数，选定适合于湍流海洋无线光通信的POV光的波参数，包括POV光束半径R、光圈厚度T、半径/厚度比μ、发送拓扑荷数m和波长λ。8.根据权利要求1所述的海洋湍流条件下基于POV光的模...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，王炜，聂元昊，庞维娜，李爽，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：