[發明專利]海洋湍流條件下基于POV光的模分調制和復用通信方法

有效

• 申請號: 202011635740.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112821959B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 王平;王煒;聶元昊;龐維娜;李爽
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B10/80
• 分類號: H04B10/80;H04J14/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種海洋湍流條件下基于POV光的模分調制和復用通信方法，其特征在于，包括下述步驟：

1)基于ABCD光學系統，建立類POV光在自由空間中的衍射模型，得到POV光的遠場分布表達式；

2)根據POV光的遠場分布表達式，得到經海洋湍流擾動的OAM探測概率譜的數學表達式；選定適合于湍流海洋無線光通信的POV光的波參數；

所述步驟2)具體步驟如下：

2a)給出在海洋湍流的影響下，發送TC為m的POV光，接收機接收到的拓撲荷為n的POV光的強度；

2b)求解應用于UWOC系統的POV光所受的湍流擾動；

2c)由步驟2a)中得到拓撲荷為n的接收光強和步驟2b)得到UWOC中POV光所受的湍流擾動，得到POV光的OAM探測概率譜；

2d)選定適合于湍流海洋無線光通信的POV光的波參數；

3)根據歸一化閃爍指數和POV光的波參數，擇選適合于模擬POV光在多層相位屏中傳輸的相位功率譜函數和相位屏間隔；基于反向離散傅里葉變換和蒙特卡洛方法，計算POV光的瞬時衰減和轉移因子；

所述步驟3)中，擇選適合于模擬POV光在多層相位屏中傳輸的相位功率譜函數和相位屏間隔，通過下述方法進行：

3a)準直的POV光經過傳輸距離z米X層的海洋湍流相位屏，其閃爍指數為：

其中，ρ為極坐標系，Re(·)為取實部函數，E_2,PS和E_3,PS為海洋湍流相位屏的統計量；

3b)準直的POV光經過傳輸距離z米的海洋湍流，其閃爍指數為：

其中，k是POV光的波數，z為傳輸距離，I₀為0階修正的貝塞爾函數，為海洋湍流的折射率空間功率譜密度，和Λ為POV光在接收平面的無量綱參數；

3c)平面波光經過z米的海洋湍流，其閃爍指數為：

3d)準直的POV光經過海洋相位屏和海洋湍流的歸一化閃爍指數分別為：

和

然后，擇選適合于模擬POV光在多層相位屏中傳輸的相位功率譜函數和相位屏間隔；

3e)根據POV光經過海洋湍流的歸一化閃爍指數，得出在選擇的波參數條件下，POV光在海洋湍流中傳輸的歸一化閃爍指數；

則，POV光在多層相位屏中傳輸的相位功率譜可以使用平面波的形式：

式中，Δd代表相位屏間隔；

3f)根據POV光經過海洋湍流相位屏的歸一化閃爍指數，得出在選擇的波參數條件下，當相位屏張數X位于[1,10]的范圍區間內，湍流相位屏的歸一化閃爍指數都接近海洋湍流的歸一化閃爍指數相位屏間隔；

4)根據POV光的瞬時衰減和轉移因子，構建基于POV光的模分調制和信道復用通信模型；

所述步驟4)中，計算POV光的瞬時衰減和轉移因子，通過下述方法進行：

4a)根據步驟3e)和3f)選擇的相位功率譜密度和相位屏間隔，通過反向離散傅里葉變換方法模擬海洋湍流相位屏為：

式中，D為相位屏大小，N是傅里葉點數，IFFT為反向離散傅里葉變換函數，H(·)為厄密特復高斯函數，(m″,n″)和(m′,n′)分別為傅里葉變換前后的坐標，i為虛數單位；

4b)通過蒙特卡洛方法模擬準直的POV在仿真的海洋湍流中傳輸的過程，求得POV光的瞬時衰減因子和轉移因子：

式中，η_m,m為瞬時衰減因子，η_n,m為瞬時轉移因子，為瞬時接收有效功率，為瞬時接收轉移功率，P_T為發射功率。