一种高效的UWOC系统，该系统通过分层预失真的LACO-ISCTFS结合非线性预均衡和TCM技术实现

《Journal of Lightwave Technology》：A Power-Efficient UWOC System Enabled by Hierarchical Pre-Distorted LACO-ISCTFS Combined With Nonlinear Pre-Equalization and TCM Technology

水下无线光通信系统通过分层预失真、非线性预均衡和TCM编码实现高效调制，结合I-DFT-s技术降低峰值旁瓣比，实验表明6层系统激光二极管功耗降低15.63%，在75.18dB总功耗下达到602Mbps传输速率，较传统方案性能提升显著。

　　

摘要：

水下无线光通信（UWOC）系统的能效设计对于延长水下光无线网络（UOWN）的寿命至关重要。本文首次提出了一种能效高的UWOC系统，该系统结合了分层预失真分层非对称裁剪光交错单载波时频空间（HPD-LACO-ISCTFS）技术、非线性预均衡（Pre-EQ）和格状编码调制（TCM）。在该方案中，使用交错离散傅里叶变换扩展（I-DFT-s）进一步提升了PAPR性能。此外，非线性预均衡减少了与后均衡（Post-EQ）相关的功耗和噪声增强，这对于功率和带宽受限的水下节点非常有益。非线性预均衡和I-DFT-s的结合效应进一步发挥了TCM的编码增益。在初步实验中，与传统直流偏置方案相比，该方案中激光二极管的直流功率降低了15.63%。最后，在无回声水槽中，基于所提出的方案并结合Pre-EQ和TCM，在总链路功率预算为75.18 dB的情况下，实现了602.0 Mbps的UWOC链路传输速率。这一性能比仅使用Post-EQ的方案高出27.8%，比同时使用Post-EQ和TCM的方案高出21.9%。对于未来的UOWN部署，这种具有能效高效调制方案和频谱高效增强纠错编码的UWOC系统有望成为候选解决方案之一。

引言

由于海洋中资源丰富，海洋资源的勘探和开发一直备受关注。海洋技术，包括水下观测技术、水下航行器技术和海底采矿技术，对此至关重要，并且取得了前所未有的进展。海洋技术的广泛应用离不开可靠的水下无线通信（UWC）技术的支持。经过数十年的努力，高速低延迟的水下无线光通信（UWOC）有望成为主流水下声学通信（UAC）的补充技术，尤其是在链路长度不太长的情况下。为了服务更多的水下用户并覆盖更广泛的区域，提出了建立水下光无线网络（UOWN）的方案[1]、[2]、[3]。然而，大多数当前的UWOC系统在实际应用中需要依赖电池。面对电池更换的工程挑战和成本问题，设计一种能效高的UWOC系统以提高网络寿命是UOWN面临的关键问题之一[1]、[2]。能效高效的调制技术是实现这一目标的关键手段。