各向異性海洋湍流DHPIM無線光通信性能分析

張建磊，和晗昱，聶歡，邱曉芬，李佳琪，楊祎，賀鋒濤

（西安郵電大學(xué) 電子工程學(xué)院，西安 710121）

0 引言

海洋擁有豐富的化學(xué)和動力資源，是人類賴以生存和發(fā)展的空間。水下無線通信（Underwater Wireless Communication，UWC）技術(shù)實現(xiàn)了海洋探測信息的無線傳輸，近年來受到研究人員的廣泛關(guān)注［1］。目前海水通信中較為成熟的是射頻通信技術(shù)和聲學(xué)通信技術(shù)，其中射頻通信收發(fā)器體積過大、成本能源消耗大且由于海水電導(dǎo)率較大無線電波在水下傳播時會急速衰減，無法實現(xiàn)水下長距離傳輸和高速通信。聲學(xué)通信設(shè)備體積大、功耗大、傳輸速率低、可用帶寬有限且傳輸過程中會發(fā)生嚴(yán)重的多徑效應(yīng)［2］，限制數(shù)據(jù)的傳輸速度并且導(dǎo)致誤碼率增加。水下無線光通信具有無電磁輻射、速率快、可移動性強、安全性好、帶寬高和綠色環(huán)保等優(yōu)點［3-4］，成為水下傳感數(shù)據(jù)傳輸和獲取海洋監(jiān)測信息的新選擇［5-6］。其中藍(lán)綠光受到海水吸收、散射造成的損耗較小且水下傳輸速率可達(dá)Gbit/s，因此多利用藍(lán)綠光承載信息，實現(xiàn)水下遠(yuǎn)距離傳輸。

光束在海水中傳輸時會受到海水的吸收和散射，造成能量損失而使光信號產(chǎn)生衰減。其次，海洋環(huán)境中的穩(wěn)定溫度層和穩(wěn)定鹽度層受到速度場的擾動而導(dǎo)致溫度和鹽度的時空分布不均勻，從而導(dǎo)致海水折射率的時空波動，這種由于海水折射率的隨機波動起伏引起的效應(yīng)稱為海洋湍流［7，8］。海洋湍流通過光束漂移、光束擴展、到達(dá)角起伏、振幅、相位以及強度的波動（閃爍）和波前畸變等方式影響光束的傳播，從而導(dǎo)致通信誤碼率增加，無線光通信系統(tǒng)穩(wěn)定性降低［9-13］。.

海洋湍流主要由洋流、潮汐、海水中溶解物濃度的變化、海水中動植物活動、海水溫度和鹽度梯度等因素引起，表現(xiàn)為任意點運動速度的大小以及方向都紊亂的狀態(tài)，實際上是進(jìn)行了能量的分散和轉(zhuǎn)移。海洋湍流信道光強度起伏的三個模型分別是對數(shù)正態(tài)模型，Gamma-Gamma 模型和負(fù)指數(shù)模型，分別適用于弱、弱-強和飽和湍流［14］。在先前的研究中，湍流被視為各向同性的，其中渦流結(jié)構(gòu)（即湍流的空間頻率）在不同方向上是對稱的，各向同性湍流是一種簡單而理想化的模型。程剛等［15］研究了雙脈沖間隔調(diào)制（Dual Pulse Interval Modulation，DPIM）在弱湍流信道下的誤包率模型，GOKCE M C 等［16］研究了強海洋湍流中M-ary相移鍵控副載波強度調(diào)制的誤碼率性能，ZOU Zhengxing 等研究了弱海洋湍流條件下部分相干高斯光束單輸入單輸出（Single-Input Single-Output，SISO）水下無線光通信系統(tǒng)的平均容量［17］并推導(dǎo)了閃爍指數(shù)的近似解析表達(dá)式，傅玉青等［18］研究了Gamma-Gamma 強海洋湍流和瞄準(zhǔn)誤差下水下無線光（Underwater Wireless Optical Communication，UWOC）系統(tǒng)的平均誤碼率和中斷概率，BAYKALY 等研究了弱海洋湍流大氣中多進(jìn)制脈沖位置調(diào)制（Pulse Position Modulation，PPM）無線光通信鏈路的誤碼率性能［19］。上述研究都是基于各向同性海洋湍流，而自然發(fā)生的海洋湍流往往是各向異性的，海洋湍流是由大小不等、頻率不同的渦流結(jié)構(gòu)組成（即渦流結(jié)構(gòu)在不同方向上是不對稱的）。因此，基于雙頭脈沖間隔調(diào)制（Dual Header Pulse Interval Modulation，DHPIM）的高斯光束在Gamma-Gamma 各向異性海洋湍流中的誤包率性能未見報道。

本文采用海洋湍流參數(shù)和各向異性因子表示的海洋湍流等效結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算了Gamma-Gamma 湍流信道下DHPIM 調(diào)制下的UWOC 系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)誤包率（Packet Error Rate，PER）。DHPIM 具有其內(nèi)置的符號同步和時隙同步功能，與PPM 和DPIM 相比，DHPIM 具有更短的符號長度、更高的傳輸速率、更大的傳輸容量、更高的帶寬要求以及更好的抗多徑色散的能力。本文考慮了海洋渦流運動的不對稱性，即渦流的水平尺度遠(yuǎn)大于垂直尺度的情況。最后仿真分析了海洋湍流參數(shù)、比特分辨率、DH-PIM 調(diào)制下的比特傳輸速率以及傳輸距離對誤包率的影響。

1 原理分析

1.1 DH-PIM UWOC 系統(tǒng)原理

1.1.1 DH-PIM 符號結(jié)構(gòu)

圖1 是DH-PIM 與其他脈沖調(diào)制技術(shù)（OOK、PPM、DPIM）的符號結(jié)構(gòu)對比。在PPM 中，一個脈沖時隙代表信息數(shù)據(jù)。在DPIM 中，通過消除PPM 脈沖之后的冗余時隙來縮短符號長度，從而提高數(shù)據(jù)吞吐量，DPIM 符號以寬度等于或小于一個時隙寬度Ts的脈沖開始，其后是零個或多個時隙寬度為Ts的保護(hù)時隙（本文使用時隙寬度為一個Ts的保護(hù)時隙）和與輸入碼元的十進(jìn)制值相對應(yīng)的信息時隙。

圖1 OOK/PPM/DPIM/DH-PIM1/DH-PIM2符號結(jié)構(gòu)Fig.1 OOK/PPM/DPIM/DH-PIM1/DH-PIM2 symbol structure

DHPIM 每個符號所對應(yīng)的時隙數(shù)是不固定的，它采用兩種不同的起始脈沖信號，圖2 是DHPIM 序列的第n個符號Sn(hn，dn)，hn表示頭部，兩種不同的頭部時隙H1和H2分別對應(yīng)于輸入碼元的最高有效位（MSB）為0 或1。dn是輸入碼元對應(yīng)的十進(jìn)制值，信息部分由多個空時隙組成［20］。

圖2 DHPIM（α=1）的符號結(jié)構(gòu)Fig.2 DHPIM（α=1）symbol structure

式中，m表示信息時隙的寬度，M是比特分辨率。H1和H2由脈沖時隙和保護(hù)時隙組成且有相同的寬度Th=(α+1)Ts。α為正整數(shù)，一般取0<α≤2。當(dāng)dn<2M-1時，頭部時隙H1由(α/2)個脈沖時隙和(α/2+1)個保護(hù)時隙組成；當(dāng)dn≥2M-1時，頭部時隙由α個脈沖時隙和1 個保護(hù)時隙組成。頭部脈沖具有符號初始和前后符號時間參考的雙重功能，因此可實現(xiàn)內(nèi)置的符號同步功能。

將每個M位的輸入碼元編碼成L個可能的DHPIM 符號之一，其中L=2M。根據(jù)L和α的不同取值，DHPIM 符號被稱為L-DHPIMα。例如8-DHPIM1和8-DHPIM2分別表示L=8（M=3），α=1 和L=8（M=3），α=2 的DHPIM。從圖1 可以看出，DHPIM 不僅刪除了脈沖后的冗余時隙還減少了平均符號長度，從而提高了總體數(shù)據(jù)吞吐量。DHPIM 的平均符號長度和時隙寬度為

式中，Rb是輸入碼元的比特傳輸速率。

1.1.2 DH-PIM 無線光通信

在建立系統(tǒng)模型推導(dǎo)雙頭脈沖間隔調(diào)制的誤包率時，假設(shè)傳輸鏈路是視距，收發(fā)系統(tǒng)精確瞄準(zhǔn)，可不考慮信道多徑散射的影響，主要噪聲源為背景散彈噪聲，信道為Gamma-Gamma 各向異性海洋湍流信道，DHPIM 符號兩種不同的頭部時隙H1和H2出現(xiàn)的可能性相同。基于此假設(shè)的各向異性海洋湍流高斯光束DHPIM 無線光通信系統(tǒng)框圖如圖3。

圖3 各向異性海洋湍流高斯光束DHPIM 水下無線光通信系統(tǒng)框圖Fig.3 Block diagram of DHPIM UWOC system under anisotropic turbulence with Gaussian beam

DHPIM 調(diào)制器將每個M比特的輸入字節(jié)編碼成一個DHPIM 信號，此信號通過光發(fā)射機來驅(qū)動光源。以高斯的形式作為發(fā)射光束，沿著Gamma-Gamma 各向異性海洋湍流信道發(fā)送。背景散粒噪聲占主導(dǎo)地位，散粒噪聲被建模為高斯白噪聲。光接收器選用PIN 光電二極管，將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電DHPIM 信號。然后，信號通過預(yù)檢測濾波器，預(yù)檢測濾波器由匹配濾波器、采樣器和判決電路組成，其輸出被傳遞到解調(diào)器以便恢復(fù)OOK 比特，還有時鐘恢復(fù)單元，用于同步。

1.2 各向異性海洋湍流的等效結(jié)構(gòu)常數(shù)

假設(shè)湍流渦流的各向異性僅存在于垂直于光束傳播方向（即z方向）的平面上［21］，則與傳播方向正交的平面內(nèi)湍流渦流的水平延伸與垂直延伸不同?；贜ikishov 提出的各向同性海洋湍流譜［22］，引入各向異性因子μx和μy，得到各向異性海洋湍流折射率波動的空間功率譜Φn(κ)［23］，表示為

用海洋湍流參數(shù)和各向異性因子表示的海洋湍流中的等效結(jié)構(gòu)常數(shù)為［25］

式中，k=是波數(shù)，λ是波長，L是光束在湍流信道中傳播距離，Re 表示實部，z表示光傳播的方向，式（5）中的P(z，κx，κy)表示為［10］

1.3 平均接收信號功率

在海洋湍流中，采用擴展惠更斯-菲涅耳原理獲得接收面平均光強［10，26］

式中，是海洋湍流的等效結(jié)構(gòu)常數(shù)，將式（5）代入式（8）即可得到海洋湍流的球面波相干長度。將準(zhǔn)直激光光源場u（s）代入式（7）中得平均接收信號強度為［28］

式中，h（p）代表圓硬孔徑函數(shù)，定義為［28］

式中，D為高斯透鏡的孔徑直徑。

1.4 Gamma-Gamma 湍流信道模型

Gamma-Gamma 湍流模型是由安德魯斯等［11］提出的，該模型的建立基于經(jīng)海洋湍流傳輸時產(chǎn)生光強度起伏的調(diào)制過程，其中包含小尺度散射和大尺度折射的影響，可認(rèn)為小尺度漩渦被大尺度漩渦調(diào)制。接收功率P作為隨機變量的Gamma-Gamma 概率密度函數(shù)，其表達(dá)式為［10］

1.5 DHPIM 的誤包率推導(dǎo)

由圖2 可知，輸入比特經(jīng)過調(diào)制和前置濾波器放大到所需要的峰值功率Pt，進(jìn)入Gamma-Gamma 湍流信道，匹配濾波器輸入x（t）在有脈沖時為無脈沖輸入時為噪聲n(t)，n(t)是具有單邊功率譜密度η，均值為0 和方差為δ2的背景散粒高斯白噪聲。DHPIM 頭部脈沖平均時隙長度為則峰值功率為

式中，P為平均功率。當(dāng)接收到脈沖時，匹配濾波器在t=Ts處的輸出等于脈沖能量，即

式中，Ep=PtTs，n(Ts) 是均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差的高斯噪聲。η=2qIb，Ib是背景光電流，假定輸入比特信息中“1”和“0”等概率出現(xiàn)。令P0為接收到“0”的概率，P1為接收到“1”的概率，則

設(shè)判決門限為k1，則時隙“1”和“0”判決出錯的概率分別為

所以DHPIM 調(diào)制的時隙錯誤率為

假設(shè)閾值水平設(shè)置為“1”和“0”的平均值，則時隙錯誤率為

同時，DHPIM 的符號邊界是由其連續(xù)的頭脈沖定義的，發(fā)生錯誤時影響的不只是錯誤所在的符號，可能影響數(shù)據(jù)包中錯誤之后的所有比特，因此誤碼率（BER）無法有效地評價其誤碼性能，用誤包率（PER）評價其系統(tǒng)性能更合適。Np'kt比特信息經(jīng)雙頭脈沖間隔調(diào)制后，包內(nèi)時隙個數(shù)為則誤時隙率可相應(yīng)地轉(zhuǎn)換為誤包率

當(dāng)時隙錯誤率特別小時，誤包率可近似為

假設(shè)可認(rèn)為系統(tǒng)只受Gamma-Gamma 湍流信道閃爍效應(yīng)和加性高斯白噪聲n(t)的影響，考慮孔徑平均效應(yīng)，可以得到Gamma-Gamma 湍流信道模型下雙頭脈沖間隔調(diào)制的誤包率為

2 仿真分析

基于理論分析得到的DHPIM 各向異性海洋湍流下的無線光通信系統(tǒng)的誤包率（PER）表達(dá)式，采用波長λ=532 nm 的綠光，光源尺寸αs=5 mm，接收孔徑大小D=5 mm，傳輸距離L=60 m，平均包長度Npkt=1 000 bit，背景光電流Ib=200 μA，傳輸速率Rb=10Mbit/s，進(jìn)行仿真分析。

圖4～6 分別繪制了高斯光束在海洋湍流中傳輸時誤包率與不同海洋湍流參數(shù)(ω，χT，ε) 的關(guān)系曲線。表1 給出了在不同各向異性因子和不同海洋湍流參數(shù)（溫度方差耗散率，湍流動能耗散率，溫度與鹽度波動對功率譜貢獻(xiàn)大小的比值）下UWOC 系統(tǒng)誤包率的具體數(shù)值。可以看出，無論對于何種海洋湍流參數(shù)，當(dāng)各向異性因子增大時誤包率都會降低。這是因為與各向同性對稱渦流結(jié)構(gòu)相比，各向異性湍流的渦流結(jié)構(gòu)是由非對稱渦流組成，這種結(jié)構(gòu)使得在相同的海洋湍流參數(shù)下，光束經(jīng)過各向異性海洋湍流信道后到達(dá)接收器處的強度波動更小。海洋湍流的各向異性降低了高斯光束的湍流效應(yīng)，各向異性程度越嚴(yán)重，其湍流效應(yīng)越小。因此，無線光通信系統(tǒng)的性能與x和y方向上的各向異性因子成正比。

表1 不同海洋湍流參數(shù)下UWOC 系統(tǒng)誤包率Table 1 The packet error rate of UWOC system under different ocean turbulence parameters

2.1 相對強度ω 對誤包率的影響

從圖4 可以看出，不論各向異性因子取何值，ω增大，誤包率Ppe都逐漸增大。因為隨著ω的增加會導(dǎo)致閃爍指數(shù)與Rytov 方差增加，意味著湍流水平增加，系統(tǒng)性能惡化。當(dāng)ω=-0.5 時，隨著各向異性因子增大，誤包率變化程度不太明顯，ω越大，說明鹽度波動控制相對于溫度波動控制對海洋湍流強弱的影響較大，鹽度驅(qū)動的湍流嚴(yán)重影響光束的傳播，造成通信質(zhì)量急劇下降，此時各向異性因子對誤包率的影響不太明顯。當(dāng)ω=-1.5 時，隨著各向異性因子增大，誤包率急劇變化，說明在溫度占優(yōu)的海洋湍流中，海洋湍流的強度較弱，光束傳播對各向異性因子更為敏感，此時增大各向異性因子能夠有效地降低通信系統(tǒng)的誤包率，極大地改善通信質(zhì)量并提高通信性能。

圖4 不同的各向異性因子μx、μy下誤包率PER 隨ω 的變化曲線Fig.4 Packet error rate PER versus ω for various anisotropic factors

2.2 溫度方差耗散率χT 對誤包率的影響

從圖5 可以看出，無論各向異性因子取何值，χT增大，誤包率先快速增大后逐漸趨于平穩(wěn)。χT越大，說明在分子熱傳導(dǎo)作用下溫度波動變化的程度越大，由于海洋湍流對溫度波動變化的敏感性相當(dāng)高，因此χT的輕微降低也會導(dǎo)致通信系統(tǒng)中誤包率性能的顯著改善。當(dāng)χT較小時，各向異性因子對誤包率的影響十分明顯。當(dāng)χT增大到最大值后，誤包率對各向異性因子的變化極不敏感，取不同的各向異性因子誤包率相差不大。這是因為靠近水面的區(qū)域χT較高，當(dāng)χT達(dá)到較大值時波束具有更大的展寬，意味著海洋湍流效應(yīng)更強，誤包率幾乎趨于飽和，此時繼續(xù)增加χT誤包率變化趨于緩慢不再明顯。

圖5 不同的各向異性因子μx、μy下誤包率PER 隨χT 的變化曲線Fig.5 Packet error rate PER versus χT for various anisotropic factors

2.3 湍流動能耗散率ε 對誤包率的影響

從圖6 可以看出，無論各向異性因子取何值，ε增大，誤包率都逐漸降低。因為湍流動能耗散率ε越大，湍流動能的能量轉(zhuǎn)化為分子熱運動內(nèi)能的速度就越快，海洋湍流強度降低，系統(tǒng)性能得到提升。當(dāng)湍流動能耗散率ε一定時，增大各向異性因子也能極大降低誤包率，進(jìn)一步改善通信質(zhì)量。ε越大，各向異性因子對誤包率的影響越明顯。處于各向同性海洋湍流環(huán)境，隨著ε增大誤包率降低極為緩慢，海洋湍流的各向異性越強誤包率對ε的變化就越敏感，此時增大ε誤包率的變化趨勢明顯增強，誤包率曲線下降幅度更加顯著。

圖6 不同的各向異性因子μx、μy下誤包率PER 隨ε 的變化曲線Fig.6 Packet error rate PER versusεfor various anisotropic factors

2.4 比特速率Rb對誤包率的影響

圖7～9 分別繪制了在不同各向異性因子下誤包率隨不同參數(shù)的變化曲線。表2 給出了在在不同參數(shù)（比特速率、傳輸距離、響應(yīng)度）下系統(tǒng)誤包率的具體數(shù)值。

表2 不同參數(shù)（比特速率、傳輸距離、響應(yīng)度）下UWOC 系統(tǒng)誤包率Table 2 The packet error rate of UWOC system under different parameters brit rate、tansmission distance、responsivity

從圖7 可以看出，當(dāng)比特速率一定時，系統(tǒng)誤包率都隨x方向上異性因子的增加而降低。x方向上的異性因子從1 增加到3 時，誤包率下降趨勢最明顯，之后繼續(xù)增大各向異性因子，誤包率下降趨勢逐漸緩慢。無論各向異性因子取何值，誤包率首先隨著比特速率Rb的增加而快速升高，然后根據(jù)不同的各向異性因子在不同水平上逐漸達(dá)到飽和。因此，當(dāng)光束在各向異性海洋湍流信道中傳輸時，采用較低的比特傳輸速率能夠有效抑制海洋湍流效應(yīng)，提高海洋湍流環(huán)境中通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

圖7 不同的各向異性因子μx、μy下誤包率PER 隨Rb的變化曲線Fig.7 Packet error rate PER versus Rb various anisotropic factors

2.5 傳輸距離L 對誤包率的影響

從圖8 可以看出，在各向異性海洋湍流中，無論各向異性因子取何值，系統(tǒng)誤包率都隨著傳輸距離L的增大開始成正比增加，隨后逐漸趨于飽和。傳輸距離L=100 m 是誤包率幅度增長的一個轉(zhuǎn)折點，當(dāng)L<100 m 時，誤包率增長幅度明顯，這是因為傳輸距離增大會導(dǎo)致閃爍指數(shù)變大，湍流對傳輸鏈路的干擾就越強，湍流的累積效應(yīng)在更長的鏈路長度下就會更大，導(dǎo)致通信性能惡化。當(dāng)L>100 m 時，誤包率傳輸距離L的增大而緩慢增加，此時繼續(xù)增加傳輸距離，高斯光束的閃爍指數(shù)達(dá)到單位飽和值，誤包率曲線逐漸趨于平穩(wěn)。傳輸距離較小時閃爍指數(shù)相應(yīng)較小，此時當(dāng)x方向上的各向異性因子剛開始增加時，誤包率下降趨勢最明顯，之后繼續(xù)增大各向異性因子，誤包率下降趨勢逐漸緩慢。對于相同的非對稱波束、相同的海洋湍流參數(shù)和相同的波長，海洋湍流的各向異性越強，其系統(tǒng)誤包率就越低。因此，對于各向異性因子較小的海洋湍流中相同的誤碼率水平，各向異性因子較大的海洋湍流中的無線光通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)更長的傳輸距離

圖8 不同的各向異性因子μx、μy下誤包率PER 隨傳輸距離L 的變化曲線Fig.8 Packet error rate PER versus transmission distance L for various anisotropic factors

2.6 PIN 響應(yīng)度R 對誤包率的影響

從圖9 可以看出，在各向異性海洋湍流中，無論各向異性因子取何值，PIN 光電探測器響應(yīng)度的微小增加會顯著提高系統(tǒng)的誤包率性能。當(dāng)響應(yīng)度R≥0.6A/W 時，系統(tǒng)誤包率整體低于10-9，通信系統(tǒng)性能比較優(yōu)越。因為具有較大響應(yīng)度的光電探測器為給定的光輸入信號電平提供了較大的電信號電平，從而提高了系統(tǒng)的誤包率性能，極大地改善了通信質(zhì)量。

圖9 不同的各向異性因子μx、μy下誤包率PER 隨響應(yīng)度R 的變化曲線Fig.9 Packet error rate PER versus R for various anisotropic factors

2.7 調(diào)制階數(shù)M 對誤包率的影響

圖10 繪制了誤包率隨調(diào)制階數(shù)M的變化曲線，表3 給出了在各向異性因子一定時，在不同的孔徑大小和調(diào)制階數(shù)下系統(tǒng)誤包率的具體數(shù)值?？梢钥闯?，在接收機孔徑大小D為定值時，系統(tǒng)誤包率隨著調(diào)制階數(shù)M的微小增加而顯著增大，因為M越高譯碼的差錯概率就更高，因此系統(tǒng)誤包率曲線十分陡峭。固定調(diào)制階數(shù)M，隨著接收機孔徑D的增加誤包率降低，這是因為接收機孔徑增大使波前畸變被平滑，閃爍指數(shù)降低，接收光功率也得到增強，從而導(dǎo)致信噪比增加，系統(tǒng)性能得到改善。當(dāng)光束在海洋湍流中傳播到尺寸大于接收機孔徑時，部分信號功率就會丟失（湍流引起的光束擴展）。因此，采用較小調(diào)制階數(shù)M的同時適當(dāng)采用較大直徑的孔徑接收來平均信號的波動，可以有效地抵制海洋湍流的影響并改善誤包率性能。

表3 不同調(diào)制階數(shù)下UWOC 系統(tǒng)誤包率Table 3 The packet error rate of UWOC system under different modulation index

圖10 不同的孔徑尺寸下誤包率PER 隨調(diào)制階數(shù)M 的變化曲線Fig.10 Packet error rate PER versus modulation index M for various aperture diameters

3 結(jié)論

本文研究了Gamma-Gamma 湍流信道模型下雙頭脈沖間隔調(diào)制（DHPIM）的高斯光束在各向異性海洋湍流中的誤包率性能。仿真分析了各種海洋湍流參數(shù)（溫度方差耗散率，湍流動能耗散率，溫度與鹽度波動對功率譜貢獻(xiàn)大小的比值）、比特分辨率、比特傳輸速率、光電探測器的響應(yīng)度以及傳輸距離對系統(tǒng)誤包率的影響，結(jié)果表明：無論對于何種海洋湍流參數(shù)，無線光通信系統(tǒng)的性能都與x方向和y方向上的各向異性因子成正比。對于不同的各向異性因子，當(dāng)溫度方差耗散率χT降低、溫度與鹽度對功率譜貢獻(xiàn)大小的比值ω降低或湍流動能耗散率ε增加時，海洋湍流的強度都會減弱，系統(tǒng)誤包率隨之降低。對于各向同性海洋湍流中相同的誤碼率水平，各向異性海洋湍流中的無線光通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)更長的傳輸距離。同時，降低比特速率、增加光電探測器響應(yīng)度、采用較小調(diào)制階數(shù)的同時適當(dāng)采用較大直徑的孔徑接收來平均信號的波動都會有效地抵制海洋湍流的影響從而降低系統(tǒng)的誤包率。本研究為各向異性海洋湍流環(huán)境中提高水下無線光通信系統(tǒng)性能提供了參考價。