Impulse Response Modeling for Underwater Wireless Optical Communication Links

计算机科学 脉冲响应 误码率 延迟扩散 水声通信 电子工程 键控 带宽(计算) 水下 符号间干扰 频道(广播) 相移键控 电信 多径传播 工程类 数学 数学分析 地质学 海洋学
作者
Shijian Tang,Yuhan Dong,Xuedan Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:62 (1): 226-234 被引量:295
标识
DOI:10.1109/tcomm.2013.120713.130199
摘要

In underwater wireless optical communication (UWOC) links, multiple scattering may cause temporal spread of beam pulse characterized by the impulse response, which therefore results in inter-symbol interference (ISI) and degrades system error performance. The impulse response of UWOC links has been investigated both theoretically and experimentally by researchers but has not been derived in simple closed-form to the best of our knowledge. In this paper, we analyze the optical characteristics of seawater and present a closed-form expression of double Gamma functions to model the channel impulse response. The double Gamma functions model fits well with Monte Carlo simulation results in turbid seawater such as coastal and harbor water. The bit-error-rate (BER) and channel bandwidth are further evaluated based on this model for various link ranges. Numerical results suggest that the temporal pulse spread strongly degrades the BER performance for high data rate UWOC systems with on-off keying (OOK) modulation and limits the channel bandwidth in turbid underwater environments. The zero-forcing (ZF) equalization designed based on our channel model has been adopted to overcome ISI and improve the system performance. It is plausible and convenient to utilize this impulse response model for performance analysis and system design of UWOC systems.
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