水下气泡对光无线信道影响的统计建模

在水下无线光通信（UWOC）中，气泡对光传播的随机遮挡会导致接收机入射光强产生波动。本文提出了一种在存在气泡情况下确定接收机接收功率的统计模型。首先，基于气泡在水下行为的真实实验，我们提出了每个气泡的生成、尺寸和水平分布的统计模型。其次，我们从数学上推导了每个气泡经过光束区域时由其阴影造成的遮挡。随后，我们计算所有生成气泡的联合遮挡以确定总遮挡功率，由于气泡行为的随机性，该总遮挡功率是一个随机变量。接着，我们利用矩法求得总遮挡功率的一阶和二阶矩，对遮挡接收功率的统计分布进行建模，结果表明威布尔分布（Weibull distribution）与仿真数据吻合良好。我们还利用推导出的两个矩估计了形状参数和尺度参数。此外，我们构建了存在气泡且完全遮挡情况下接收功率的统计模型，并推导了将所提气泡遮挡模型与 Gamma-Gamma 湍流模型相结合的复合信道模型分布。最后，我们得到并验证了在该新提出的复合信道模型下 UWOC 系统的平均误码率和容量的解析形式。