[发明专利]基于后向散射强度的水下光通信自适应调制方法

说明书

本发明公开了基于后向散射强度的水下光通信自适应调制方法，包括：收发端机在建立通信链路之前，发送端发送信号光，利用后向散射强度判断当前水域环境情况，选择当前的最优调制方案；在通信链路建立的握手阶段，发送端与接收端交互各自确定的最优调制方案结果；直至发送端和接收端选择的最优调制方案相同则进行下一步；选用收发端机双方确定的最优调制方案和对应的解调方案进行通信。本发明最大限度降低了在不同水域环境下，调制方式选择所带来的对系统通信效率的影响。使得通信系统在不同水域情况下匹配最优调制方案，从而明显降低系统功耗，提高在不同水域下的通信性能。

技术领域

本发明属于水下光通信领域，涉及光通信自适应调制方法，尤其是一种基于后向散射强度的水下光通信自适应调制方法。

背景技术

随着海洋探测技术的不断发展，人类能够获取的海洋信息与日俱增，这对无线通信设备的传输能力提出了新的要求。与此同时，海水作为一种良导体，屏蔽了几乎所有的无线电波，传统的微波通信不能适应于水下环境，针对水下数据传输亟需探索新的通信机制，水下无线光通信技术由此应运而生。水下无线光通信因其具有传输带宽高、重量轻、功耗低、体积小、机动性强等诸多优点成为水下通信的首要选择方案，其运用范围从深海衍生到近海水域。

水下无线光通信的最大挑战主要来自于海水的基本特征。从浅海沿岸到深海或大洋的复杂水下环境是一个广泛的物理过程，这些复杂的水下环境一直是限制水下光通信的主要因素。因此如何在不同的水下环境，选择对应情况下的最优通信系统方案，从而优化通信效率是当前水下光通信的主要研究方向之一。

在水下光通信系统设计过程中，不同的水域表现出迥异的水体特性，具体表现为海水的吸收、散射特性等。这些水体特性是影响水下光通信系统性能的主要因素，导致了水下光通信系统在不同的水域中采用相同的调制方案也会表现出不同的系统通信性能。

目前水下光通信的自适应方案中主要将水体对光信号的前向散射和吸收效应作为评估信道条件的标准，该种方法通信效率低，且在评估水下信道条件过程中需要收发双方同时工作，从而导致功耗较大的问题。

发明内容

针对上述情况，为了使得通信系统在不同水域情况下匹配最优调制方案，同时为了提高水下无线光通信系统在不同水域环境下的整体鲁棒性，使系统适应不同的信道环境，本发明提供一种基于后向散射强度的水下光通信自适应调制方法。

水下双工通信系统中，端机发射器产生的信号光在传播过程中，会有部分光到达接收平面，同时还存在部分光返回到端机的接收器的情况。这些返回到端机的信号光，是由于水体的后向散射现象所造成的。与此同时在不同的水域当中，后向散射的强度不同。针对上述的不同水体的后向散射特性，本发明提出一种基于后向散射强度的自适应调制技术。

实现本发明目的的技术方案是：

基于后向散射强度的水下光通信自适应调制方法，包括如下步骤：

步骤一，收发端机在建立通信链路之前，发送端发送信号光，并且利用信号光的后向散射强度判断当前的水域环境情况；并选择当前水域环境的最优调制方案；

步骤二，在通信链路建立的握手阶段，发送端将所选择的调制方案结果发送给接收端；

步骤三，接收端接收到关于调制方案选择的信息后，返回给发送端关于接收端自身确定的结果；

步骤四，发送端将接收端的返回结果与自身所选择的调制方案进行对比，如果发送端和接收端选用的最优调制方案不同则返回步骤一，直至发送端和接收端选择的最优调制方案相同则进行步骤五；

步骤五，在收发端机之后的通信阶段，选用收发端机双方确定的最优调制方案和对应的解调方案进行通信。

步骤一中，最优调制方案包括二进制开关键控（On-Off Keying，简称OOK）、多位脉冲位置调制（Multi-Pulse Position Modulation，简称M-PPM）、差分脉冲位置调制（Differential Pulse Position Modulation，简称D-PPM）。