水下长距离光通信：LDPC码与PPM结合系统设计与实验验证

"基于低密度奇偶校验码和脉冲位置调制的水下长距离光通信系统设计" 本文详细探讨了一种适用于水下长距离通信的系统设计，该系统结合了低密度奇偶校验码（LDPC）编码和脉冲位置调制（PPM）技术，旨在克服水下环境对光通信的挑战。首先，文章通过蒙特卡罗方法进行了水下激光脉冲传输的模拟仿真，以研究激光在水中的展宽和能量衰减规律。实验选用波长为532纳米、单脉冲能量为1毫焦耳的全固态脉冲激光器作为光源，这种选择是因为532纳米的波长在水中具有较好的穿透力。同时，采用口径为100毫米、接收视场角为15度的望远镜作为接收设备，以捕获尽可能多的激光信号。 在编码和调制方面，系统利用现场可编程门阵列（FPGA）进行LDPC编码和PPM调制。LDPC码是一种纠错编码技术，能够提高数据传输的可靠性，减少误码率；而PPM则是光通信中的一种高效调制方式，通过改变脉冲的位置来表示不同的数据位。在接收端，信号经过光电转换和采样后，送至上位机进行进一步处理，包括解码和错误检测。 为了验证系统性能，作者们进行了水池实验。实验结果显示，在Jerlov Ⅱ类水质条件下，即模拟海洋中较为常见的光照条件，当误码率相同的情况下，结合了LDPC编码和PPM的通信系统相对于传统方法能获得2.34分贝的编码增益。这意味着在相同的信噪比下，该系统能提供更远的通信距离或更高的数据传输速率。实验还证实，该系统能够在水下130米深度保持误码率低于10^-5，确保了通信的可靠性。 关键词：光通信，水下激光通信，低密度奇偶校验码，脉冲位置调制，蒙特卡罗法。这些关键词揭示了本文的研究焦点和技术手段，强调了在水下环境中如何利用先进的编码和调制技术提高光通信系统的性能。 这项工作展示了如何利用先进的编码和调制技术优化水下光通信，为水下通信网络的构建提供了重要的理论依据和技术支持，对于未来水下数据传输的高效性和可靠性具有重要意义。