由于各国愈发重视海洋安全和领土安全问题，水下激光通信发挥着越来越重要的作用。在复杂的海洋环境中实现信息高速和安全的传输是水下激光通信亟待研究的课题。梳理了国内外水下激光通信系统的发展历程，总结了系统的技术优势，给出了通信原理，分析了影响系统性能的关键技术。最后指出未来的水下激光通信系统将具有更高的通信速率、更低的误码率、更远的通信距离、更大的容量、更小的功耗和更小的体积等优点，并从点对点通信发展到组网式通信。

基于蒙特卡罗方法对水下激光脉冲长距离传输进行了模拟仿真。根据激光脉冲在水下的展宽情况及脉冲能量的变化规律, 系统采用波长为532 nm、单脉冲能量为1 mJ的全固态脉冲激光器作为发射光源, 采用口径为100 mm、接收视场角为15°的望远镜作为接收机。采用现场可编程门阵列(FPGA)进行低密度奇偶校验码(LDPC)编码和脉冲位置调制(PPM), 经光电转换及采样后的接收端信号被发送到上位机进行后处理。最后, 基于研制的实验系统开展了水池实验, 以验证系统性能。理论与实验结果表明, 在Jerlov Ⅱ类水质条件下, 误码率情况相同时LDPC编码与PPM相结合的通信系统可获得2.34 dB的编码增益。实验证明该系统可以实现水下130 m处误码率低于10-5的可靠通信。

受海水吸收和散射的影响，长距离水下通信时信号幅度下降，信噪比(SNR)降低，最终导致水下激光通信系统的误码率（BER）提升，最远通信距离受限。为此，提出将最大比合并（MRC）分集接收技术应用于水下激光通信系统。分析和研究了在水体吸收和散射的综合作用下，MRC空间分集接收技术相对于等增益合并（EGC）空间分集接收技术对水下激光通信系统接收器性能的改善。推导了MRC加权系数分配方式，分析了接收支路数目与系统BER性能的关系，采用蒙特卡罗法对波长为532 nm的绿光在IB型水质下100 m处六路分集接收器中MRC相对于EGC的性能改善进行了仿真，并仿真了在Jerlov IB和II类水质下两种分集合并技术BER随通信距离的变化。由理论分析和仿真结果可知，MRC可以根据各路接收SNR情况更合理地分配加权系数，达到合并后的最佳SNR。在同等BER要求下，MRC可以提高水下激光通信的最远传输距离，在同等传输距离下，MRC可以降低通信系统的BER，为水下长距离激光通信系统的工程化提供了一种解决方案。

为了快速评估水下激光通信系统的最大通信距离，提出了一种半解析的方法。对于给定的水下光学信道，仅仅需要进行两次仿真就可以获得系统的最大通信距离。即使系统参数改变，也不再需要进行额外仿真。根据水下光学信道参数，通过简单的数学运算获得了两个参考距离。并针对每个参考距离各进行了一次仿真。最后根据理论分析和仿真结果，推导出了最大通信距离的计算公式。为了验证该计算方法的有效性，将计算结果与实验结果进行了对比。对比结果表明两者吻合得很好，故所提出的半解析方法的有效性得以证实。

针对激光脉冲在水下传输时导致脉冲的时域展宽, 严重地影响了水下激光通信的性能。以蒙特卡罗模拟为手段, 在一定的水质条件下, 对激光脉冲经过不同传输距离后的脉冲宽度进行了计算机模拟, 模拟结果与实验测量数据相符, 精确度高于其他方法, 该方法尤其适用于激光脉冲远距离传输的情况, 证明了该方法可准确地计算激光脉冲展宽后的脉宽值, 能有效地提高水下激光通信的性能。

为了研究低密度奇偶校验码在水下激光通信系统中的性能,采用软判决迭代译码算法对系统误比特率进行了仿真,并对水下激光通信的信道模型和低密度奇偶校验码的编译码方式进行了探讨。在一定码长和调制阶数条件下,当信号光子数ns增大时,可以使误比特率降到10-5以下。结果表明,通过利用光电检测输出的软信息进行低密度奇偶校验软判决译码可以明显地降低系统误比特率。

由于水下通信信道对光信号的衰减极大,实际通信系统的编码应具有极强纠随机差错和纠突发差错的能力。针对激光水下通信信道的特殊性,对信道模型进行分析,结合当前优异的编码技术——turbo码对信道进行编码,并通过与未编码系统的性能进行比较,从而得出了turbo码实现低误码率的水下信息传输的优越性。