Page 67 - 网络电信2024年2月刊

从图8(a)可看出，随着链路距离的增加，接收端在第一次 图9 链路距离为2～10 m, 气泡密度为4.5×107,2×108, 1×109m-3时
接收到光子的时间增加，当海水信道为 10 m 时，光子第一次 三种海水水质下的归一化接收功率曲线
接收到光子的时间约为 44 ns, 当海水信道为 40 m 时，接收
端第一次接收到光子的时间约为180 ns。此外，在同一链路距
离下，有气泡群存在时的脉冲响应毛刺明显增多且拖尾增长，
更容易发生码间串扰。从图8(b)可看出，在气泡群密度一致的
情况下，脉冲响应的展宽随着链路距离的增长而增大，更易发
生信号失真。这是由于链路距离的增长使得光子被气泡散射的
次数增加，进而导致光子的传输路径增长，因此接收端接收到
光子的时间不断波动并产生了不同程度的延迟。
4.3 归一化接收功率
图9为波长为532 nm, 光子数为106,链路距离为2～10 m时
三类水质中不同气泡密度下的归一化接收功率曲线。
由图9可看出，链路距离越长、水质越差、气泡密度越高，
归一化接收功率衰减越大，最多可降至初始值的0.004 %,意味
着接收端几乎无法接收到光信号。这是由于链路距离越长、水
质越差、气泡密度越高，水体中的粒子及气泡含量越多，使得
光子被吸收的能量增多且更容易被散射，能够到达接收端的光
子越少，且剩余能量越低。具体来说，从图9(a)～(c)可以看
出：对于清澈海水和近岸海水，气泡密度增加带来的功率损耗
较为明显。这是由于这两种水质中其他粒子含量相对较少，因
此微气泡群的散射效应对功率衰减的影响相对较高。而对于浑
浊港口水域而言，其他粒子的吸收与散射已经占据了主导地
位，微气泡群造成的功率损耗不再明显，这一趋势也与图5中相
同气泡密度、不同水质下复合信道的散射相函数的变化趋势相
符。

五、结 论
本文主要研究了海水中微气泡散射对水下无线光通信系统
性能的影响，提出了一种耦合微气泡群散射和粒子吸收散射的
复合信道模型。利用本模型仿真分析了不同气泡密度、不同链
路距离、不同水质等参数条件下，水下无线光通信系统的接收
端光斑和能量空间分布、脉冲展宽以及归一化接收功率。结果
表明：对于接收端光斑，气泡群密度越大，其中心能量越低，
光斑弥散现象越强烈；影响脉冲展宽的主要因素是链路距离，
随着链路距离的增长，接收端接收到光子的时间会显著延长，
脉冲展宽加剧，气泡群的存在也会导致光子到达接收端的时间
产生剧烈波动；对于归一化接收功率而言，链路距离越远、气
泡群越大，功率损耗越多。同时，随着水质的恶化，其他粒子
含量提高，气泡群对接收功率的影响不再显著。

参考文献
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网络电信 二零二四年一、二月 65