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水下激光通讯有什么技术难点?

水下激光通讯有什么技术难点?
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硬件技术
蓝绿光高稳频激光器及其调制技术,是保证水下激光通信实现的基础。在光通信设备中,最常用的光电检测器件是PIN光电二极管或雪崩光电二极管(APD),为有效提升增强光接收端的信噪比,采用多个探测单元的空间分集接收,对阵列信号加权迭加,能够提高输出信号的信噪比;在接收端,通过适当增大光学镜头的有效口径,保证足够的光通信信号的输人强度;在光链路上进行抗干扰带通处理,在接收系统前端加遮光罩遮蔽非定域散射的干扰,对耐压玻壳进行耐压与光学窄带通化复合处理,进一步抑制噪声和背景杂散光,提高信噪比。
水下耐压结构设计和研究是关键技术之一,是保证通信收发系统顺利工作的必要条件。针对微型及小型水下耐压容器设计,国内研究较少,主要技术均被欧美日等发达国家掌握,水下激光通信系统的耐压结构小型化,有利于多平台移植。
调制/解调技术
数字通信的基本调制/解调方式包括:幅移键控(Amplitude Shift Keying,ASK)、频移键控(Frequency-Shift Keying,FSK)和相移键控(Phase-Shift Keying,PSK)。无线光通信的信号调制技术,主要以脉冲位置和脉冲编码调制技术为主,包括OOK、PPM、MPPM、DPPM、DPIM等几种方式;MPSK、APSK和QAM均为高效频谱调制技术,QPSK及其延伸技术的频谱效率也很高。
几种编/解码技术
采用PPM调制方法,纠错码常采用分组码、卷积码、级联分组码与级联卷积码。1962年,Gallager在其博士论文中首次提出LDPC(Low-Density Parity-Check Codes)码,这是一种正则低密度校验码(regular low density parity code),是一类特殊的线性分组码,其编码技术十分复杂,编译码运算量大;Gallager同时给出了称为比特翻转算法的一种LDPC码译码算法,译码过程只需要进行逻辑运算,通过阈值的自适应设置,减少运算量,降低译码复杂度;后来,Mackay等人进一步证明LDPC码具有逼近香农限的能力。
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小黄鸭

赞同来自 : werdeichdenn 天朝脸谱

使用数字频率合成器DDS(Direct Digital Frequency Synthesizer),将载波生成和调制电路合二为一,能够对频率、相位、振幅分别进行精确的数字信号控制,实现OOK、FSK和PSK三种基本调制方式,其特点是系统结构简单、稳定,易于实现;时频调制技术(Time-Frequency Shift Keying,TFSK)也是广泛被采用的抗衰落和抗多径技术之一。利用正交码的强抗干扰能力,以及准正交码中选取有效克服频率选择性衰落,能够兼顾信号传输速率和通信质量,相比传统通信方式,时频调制技术误码率能低一两个数量级,适用于成分复杂、衰落比较严重的海水环境;海况特别恶劣的环境下,运用分集接收技术;迈克尔逊干涉调制也能有效提高信噪比。
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天朝脸谱

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水下信道的光衍射特性
激光通信信号在水下信道的传输特征非常复杂。海水的瑞利散射、悬浮颗粒的米氏散射,温度、盐度起伏以及水的扰动产生的湍流引起折射率随机起伏,造成激光束波前相位和强度的随机起伏变化。实际系统中还要再考虑叠加上长程衍射效应,比大气中的光传播,水中光束发生展宽、抖动、漂移、闪烁等非稳定现象要严重和复杂很多;水下信道的多途效应,窄脉冲信号由于各信道的时延和衰减系数不同,以及频率的选择性衰落,使整个信号合成后产生波形失真,会严重加剧码间串扰。粗略地估计,在海水中传输1m受到的累积影响,相当于光在空气中传输1000m的等效距离。
总之,激光脉冲在海水信道中的传输环境十分复杂恶劣,涉及的各种环境参数,在时间及空间上均具有很大的随机性,很难利用实验方法建立一整套完整的,针对所有传输媒介特征的修正模型。根据光的粒子特性,参考蒙特卡洛法把研究光的传输问题转化为研究光子的传输问题,可以近似模拟多散射介质中的光传输过程,蒙特卡洛法同已有的实验数据吻合较好。在近距离传输范围内,其分析准确度髙于小角度近似法;而随着光传输距离继续增加,准确度高于唯像方程法。

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