螺旋因斯-高斯光束海洋湍流信道传输与通信特性仿真研究

为了研究螺旋因斯-高斯（HIG）光束在海洋湍流信道下的传输与通信特性，首先基于随机相位屏法和功率谱反演法，仿真研究了HIG光束经过海洋湍流后的传输性能（光强分布、相位分布、闪烁指数、质心漂移和重叠）与传输距离之间的关系，而后基于对数正态强度概率密度函数进一步分析通信误码率性能。为实现最优传输与通信性能，优化分析HIG不同光束参数（椭圆度、阶数、度数）下的性能规律。仿真结果表明：与高斯光束相比，HIG光束在不同距离下都具有较好的抗湍流能力，其中在100 m海洋湍流信道中（ε=10-5 m2∕s3，XT=10-5 K2∕s，ω=-0.15，η=10-3 m，L0=10 m），闪烁指数降低58%，质心漂移降低53%，误码率降低3个数量级。随着湍流强度增加，HIG光束传输与通信性能降低，且相比高斯光束，HIG光束性能改善能力减弱：在相对弱湍流状态下，误码率改善约4个数量级；在相对强湍流状态下，误码率改善约1个数量级。且随着海洋湍流外尺度增加，HIG光束质心漂移小幅增加，其余参数几乎保持不变。经过优化可知，椭圆度、阶数、度数存在最优值，可提高通信性能和传输性能，其中阶数最为敏感。仿真研究结果将有可能为HIG光束应用于水下光通信提供理论依据和技术参考。