Abstract In this paper, we investigate the performance of an Underwater Wireless Optical Communication (UWOC) system employing on–off keying modulation at a data-rate of 500 Mbps over a link-range of 30 m. Transmit/receive diversity schemes, namely Multiple-Input to Single-Output (MISO), Single-Input to Multiple-Output (SIMO) and Multiple-Input to Multiple-Output (MIMO) techniques with and without RS-coding have been employed to mitigate the effects of weak oceanic turbulence and beam attenuation. The novel closed-form analytical Bit Error Rate (BER) expressions of Single-Input to Single-Output (SISO), SIMO, MISO and MIMO links for un-coded and RS-coded cases have been computed using the hyperbolic tangent distribution and validated with Monte-Carlo simulation results. The obtained BER results show that the use of ( 63 , 51 ) RS-coded 4 × 5 MIMO UWOC system offers at-least 35 dB of transmit power gain compared with the un-coded SISO UWOC system at a BER of 1 0 − 5 . Emerging technologies like the fifth-generation (5G) networks and the Internet of Underwater Things (IoUT) will have a high impact on UWOC as these systems require a high degree of information integrity, high data rates and energy efficiency when employed in conjunction with data transfer between underwater vehicles and objects. The proposed RS-coded MIMO UWOC system offers high reliability and power efficiency and it has the potential to be gainfully employed in IoUT applications.

中文翻译：

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高速、可靠的水下无线光通信系统，采用多输入多输出和信道编码技术，适用于 IoOUT 应用

摘要 在本文中，我们研究了水下无线光通信 (UWOC) 系统的性能，该系统采用开关键控调制，数据速率为 500 Mbps，链路范围为 30 m。发送/接收分集方案，即多输入到单输出 (MISO)、单输入到多输出 (SIMO) 和多输入到多输出 (MIMO) 技术，有和没有 RS 编码已被用于减轻弱海洋湍流和波束衰减的影响。使用双曲正切分布计算了未编码和 RS 编码情况下单输入到单输出 (SISO)、SIMO、MISO 和 MIMO 链路的新型封闭式分析误码率 (BER) 表达式并进行了验证与蒙特卡罗模拟结果。获得的 BER 结果表明，使用 ( 63 , 51) 与未编码的 SISO UWOC 系统相比，RS 编码的 4 × 5 MIMO UWOC 系统提供至少 35 dB 的发射功率增益，BER 为 1 0 − 5。第五代 (5G) 网络和水下物联网 (IoUT) 等新兴技术将对 UWOC 产生重大影响，因为这些系统在与数据结合使用时需要高度的信息完整性、高数据速率和能源效率水下航行器和物体之间的转移。所提出的 RS 编码 MIMO UWOC 系统提供了高可靠性和功率效率，并且它有可能在 IoUT 应用中得到充分利用。第五代 (5G) 网络和水下物联网 (IoUT) 等新兴技术将对 UWOC 产生重大影响，因为这些系统在与数据结合使用时需要高度的信息完整性、高数据速率和能源效率水下航行器和物体之间的转移。所提出的 RS 编码 MIMO UWOC 系统提供了高可靠性和功率效率，并且它有可能在 IoUT 应用中得到充分利用。第五代 (5G) 网络和水下物联网 (IoUT) 等新兴技术将对 UWOC 产生重大影响，因为这些系统在与数据结合使用时需要高度的信息完整性、高数据速率和能源效率水下航行器和物体之间的转移。所提出的 RS 编码 MIMO UWOC 系统提供了高可靠性和功率效率，并且它有可能在 IoUT 应用中得到充分利用。