本书介绍了水下无线光通信的应用背景及系统构成，描述了通信系统收发端光电器件和动态信道特征，详细阐述了水下无线光通信的信道仿真、多域调制、强弱信号检测、收发端动态跟瞄等关键技术，并深入讨论了采用不同类型光源时的通信系统设计方法与性能，同时介绍了新兴的基于光量子的水下安全无线光通信技术，支撑未来海洋信息系统及其广阔应用。
本书是一本简明易懂的教科书籍，其内容丰富、图文并茂、实用性强，适合高等院校和研究机构相关专业的师生参考，也可供从事海洋信息、海洋装备与工程、海洋能源、电子工程技术人员和科研人员阅读。

徐正元，中国科学技术大学教授、博士生导师，无线光通信与网络研究中心主任，中科院无线光电通信重点实验室主任，国家“千人计划”特聘专家，国家“973”计划项目首席科学家。1989年和1991年分别获得清华大学学士和硕士学位，1999年获得美国史蒂文斯理工学院博士学位。1991-1996年在清华紫光集团担任部门经理和工程师。1999年加入美国加州大学河滨分校，先后任助理教授、终身副教授、教授，创建了加州大学泛在光通信（UC-Light）研究中心并担任第一届主任，2010年回国，曾任清华大学教授。主要从事无线与光通信领域的理论和实验研究，包括宽光谱无线光通信、宽带移动通信、定位导航、智能交通、物联网、智能感知、无线大数据和人工智能等。共发表国际期刊和会议论文330余篇，出版Wiley-IEEE英文专著1本，自2014年连续入选爱思唯尔（Elsevier）中国高被引学者榜单。担任多年IEEE和OSA期刊副编辑，中国光学工程学会常务理事，多次为国际学术会议担任过技术委员会主席、国家科研项目和人才计划会评专家，多次受邀在国际会议上做大会报告和特邀报告。为2010年第一届IEEE无线光通信国际研讨会的创始主席。

第1章 概述
1.1 水下无线光通信背景介绍
1.2 研究与应用现状
1.3 水下无线光通信链路及系统组成
1.4 水下无线光通信的主要技术挑战
1.5 本章小结
参考文献
第2章 光电收发器件及特性
2.1 LED与激光光源
2.1.1 LED光源
2.1.2 激光光源
2.2 光电探测器件及阵列结构
2.2.1 光电二极管
2.2.2 光电倍增管
2.2.3 SPAD
2.2.4 图像传感器
2.2.5 混合光传感器
2.3 滤光片与光学系统
2.4 本章小结
参考文献
第3章 水下宽光谱传输信道特性
3.1 水下传输链路的输入/输出功率关系
3.2 水体的宽光谱散射吸收效应
3.2.1 海水的吸收效应
3.2.2 海水的散射效应
3.3 跨水面与分层水体信道特性
3.3.1 跨水面信道特性
3.3.2 分层水体信道特性
3.4 近水面太阳背景的纵深衰减特性
3.5 光子追踪和蒙特卡洛仿真方法
3.5.1 蒙特卡洛仿真方法简介
3.5.2 仿真流程
3.5.3 初始条件设置
3.5.4 光子运动与光子接收
3.6 水下湍流信道随机特性
3.6.1 常用湍流分布模型
3.6.2 湍流下的闪烁因子
3.6.3 湍流下的光强分布
3.7 水下气泡信道随机特性
3.7.1 微米级气泡
3.7.2 动态气泡
3.8 本章小结
参考文献
第4章 水下无线光通信调制技术
4.1 波长域调制
4.2 角动量域调制
4.3 频率域调制
4.4 相位域调制
4.5 传统强度及脉冲调制
4.6 本章小结
参考文献
第5章 水下无线光通信信号检测技术
5.1 光信号的检测方法简介
5.1.1 直接检测
5.1.2 外差检测
5.2 基于PMT的弱信号检测
5.2.1 隐马尔可夫模型
5.2.2 基于HMM的信号检测
5.2.3 基于HMM的检测算法性能对比
5.3 基于SPAD的弱信号检测
5.3.1 数字SPAD泊松信道下的信号检测
5.3.2 泊松高斯混合信道下的信号检测
5.3.3 考虑SPAD死时间下的信号检测
5.3.4 采用SPAD阵列的信号检测
5.4 基于CMOS传感器的光信号检测
5.5 本章小结
参考文献
第6章 收发端动态跟瞄技术
6.1 动态跟瞄系统简介
6.1.1 动态跟瞄系统框架
6.1.2 国内外动态跟瞄技术研究现状
6.2 阵列接收跟瞄技术
6.3 光斑搜索与光源定位算法
6.3.1 基于相机的光源定位原理
6.3.2 光斑中心估计方法
6.4 跟瞄实验系统与性能验证
6.4.1 动态跟瞄系统基本原理
6.4.2 跟瞄实验系统的结构
6.4.3 光源跟瞄的技术方法
6.4.4 跟瞄实验系统的性能验证
6.5 本章小结
参考文献
第7章 水下无线光通信系统与性能分析
7.1 基于LED的水下无线光通信性能分析
7.1.1 LED频率特性
7.1.2 基于LED的均衡技术
7.1.3 带限信道信号设计
7.1.4 接收端信噪比与信号调制带宽的依赖关系
7.1.5 考虑水体衰减下的信噪比
7.2 基于LED的水下无线光通信系统设计与实验验证
7.2.1 基于LED的水下无线光通信系统实验设置
7.2.2 系统传输参数优化
7.2.3 实验性能分析
7.3 基于激光的水下无线光通信性能分析
7.3.1 激光光强分布特性
7.3.2 激光非线性补偿
7.3.3 基于激光的水下传输性能仿真
7.3.4 基于激光的水下传输特性理论仿真
7.4 基于激光的水下无线光通信系统设计与实验验证
7.4.1 实验方案与装置
7.4.2 实验性能分析
7.5 跨水面激光通信实验系统设计与性能验证
7.5.1 实验方案与装置
7.5.2 实验结果与分析
7.6 本章小结
参考文献
第8章 水下安全无线光通信
8.1 安全通信发展简介
8.2 水下量子信道
8.3 量子密钥分发
8.4 量子加密下的水下无线光通信
8.5 信息安全传输技术
8.5.1 光斑扩散导致的信息泄露
8.5.2 非视距散射信道导致的信息泄露
8.5.3 光通信安全传输技术概述
8.6 本章小结
参考文献
中英文对照表
名词索引