| 1.4 水下无线光通信的主要技术挑战 |

UOWC包含的研究内容非常广泛，涉及光学、海洋信道、无线通信等不同专业领域。UOWC研究既需要在通信系统方面尽力提高传输距离和速率，也需要考虑实际海洋信道中的信号传播模型，包括光在不同环境下的传播行为研究等。

在大多数现存参考文献中，研究者采用的是较为简单的单载波调制，频带利用率较低。为实现高速率的信号传输，需要考虑高阶调制技术，以及其他可以被用来传输信号的维度，如波长域、角动量域、偏振等。此外，目前LED的光源模型普遍采用朗伯模型，朗伯模型将发送端的LED光源等效成一个点光源。由于实际水下LED光源需要较大的发送功率实现长距离通信，所以实际LED光源的尺寸无法直接等效为一个点光源，将LED光源等效成一个点光源会对基于LED光源的UOWC性能仿真结果产生一定影响。注意，LED发出的光来自自发辐射，光谱很宽，使用LED进行通信只能使用强度调制，不能利用频率相位信息，这无疑会为信号的传输带来一定的调制维度的损失，降低发射速率。在基于激光的UOWC系统仿真中，没有一个被广泛认可的激光传输模型，这使得目前的仿真大多基于指数衰减模型以及光学系统的增益模型，与实际系统可能存在较大偏差。

由于水下的衰减较大，在传输距离达百米以后，信号便会变得非常微弱。如何在极弱信号下进行高效的信号检测也是一个容易被忽视的研究课题。此时，传统的信号检测方法已经不再是最优的，可能需要延伸到光子检测的层面对信号进行解调恢复。在接收端未知发送端位置和朝向时，收发端的对准是一个较为棘手的问题。海水信道中的移动生物遮挡、温度差-盐度差等带来的湍流效应都会对光线的传播造成影响，使信号的解调恢复变得十分困难。

理想通信系统中的各个电光、光电转换器件默认是理想线性的。可是，在实际系统中，LED电光转换、探测器光电转换、后级放大器等都会存在或多或少的非线性^[57-58]。除了可以通过传统最小平方（Least Squares，LS）和最小均方差（Minimum Mean Square Error，MMSE）等准则进行快速处理，在有些对实时性要求不高的场景下，如弥补固定信道损失的情况，机器学习方法可能会有更好的性能。此外，由于海洋特殊的水体环境，收发机封装需要专门的设计才能抵抗深海高压和海水腐蚀等挑战。