摘要: 水下无线光通信(UnderwaterWirelessOpticalCommunication，UWOC)系统的建立和使用都相当灵活且成本较低，同时还具有一定的保密性和抗干扰能力，因此在水下通信场景中受到了广泛的关注。在解决UWOC系统衰减较大的问题上可以利用信道编码技术来提高整... 展开 水下无线光通信(UnderwaterWirelessOpticalCommunication，UWOC)系统的建立和使用都相当灵活且成本较低，同时还具有一定的保密性和抗干扰能力，因此在水下通信场景中受到了广泛的关注。在解决UWOC系统衰减较大的问题上可以利用信道编码技术来提高整体的通信性能。极化码作为一种新兴的编码方案，由于其优越的渐进性能和信道自适应性使得其成为近几年通信领域的研究热点，但是到目前为止极化码在UWOC等实际场景中的应用研究相对较少，所以本文将极化码分别应用于基于统计模型的湍流信道和基于蒙特卡洛(MonteCarlo，MC)模拟的UWOC系统中，以此来验证极化码在不同环境下的水下无线光通信中的性能优势。为了进一步提高UWOC系统的数据传输性能并满足低时延的要求，本文提出了极化码的译码算法改进。本文具体工作内容如下: 1、分析了水下湍流产生的原因和特性，介绍了几种常见的基于统计分析的水下湍流模型。随后选择了具有代表性的适用于中弱湍流信道的对数正态分布和适用于强湍流信道的双伽马分布两种湍流模型，并分别在这两种湍流模型下进行了仿真。结合脉冲相位调制推导出误码率和转移概率的表达式，利用蒙特卡洛构造方法完成了极化码的构造。仿真结果表明极化码在不同强度的水下湍流条件下与码较长的低密度奇偶校验(LowDensityParityCheck，LDPC)码相比能够获得0.3dB～0.35dB左右的性能增益，而且极化码在中湍流信道下也不会出现误码平层的问题，有效验证了极化码在水下湍流信道条件下的渐进性能优势。 2、本文基于MC模拟算法在复杂水质条件下的仿真对比直观验证了湍流模型的应用局限性。随后通过MC模拟得到的三种典型水质条件下的信道冲激响应，结合正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技术能够消除时间色散和码间干扰的优点设计了基于OFDM的UWOC系统模型，并使用了蒙特卡洛构造方法完成了极化码的构造。仿真结果极化码在三种典型水质条件下与码长一致的LDPC码相比能够获得0.15dB～0.55dB左右的性能优势，而且在浑浊水中获得的纠错增益更多。同时通过改变极化码的码长等参数验证了不同参数对UWOC系统的性能影响。综合三种湍流强度和三种典型水质条件下的仿真结果能够有效说明极化码在水下无线光通信场景下具有强大的竞争力和巨大的发展空间。 3、为了在现有基础上进一步提升UWOC系统的通信性能和数据传输的可靠性，本文在加权和码辅助校验的SCL译码算法的基础上提出了分段WSCA-SCLF译码算法。改进译码算法第一个优点在于硬件实现简单，且每个时钟单元内能够处理多个比特信息，具有并行结构的优势。另一个优点在于与原始译码算法相比能够大幅提升通信性能，并且还能在很大程度上降低译码复杂度。改进后的译码算法能够进一步提高UWOC系统的传输可靠性，而且能够有效降低时延。 收起