现有的通信标准中采用的等概率分布的星座调制并不是最优的，系统实际通信容量与香农信道容量仍然存在一定的差距。为了进一步提升水下通信的传输容量，在文章“Discrete multi-tone transmission for underwater optical wireless communication system using probabilistic constellation shaping to approach channel capacity limit”Opt. Lett. 44, 558-561 (2019) 中，课题组采用基于麦克斯韦-玻尔兹曼（Maxwell-Boltzmann）分布的非等概率分布的星座调制方法，即星座概率整形技术，使得水下通信系统容量趋近于相应带宽（2.75GHz）及信噪比下香农信道容量。实验中，我们采用450nm蓝光激光进行通信，实现5米水下传输净速率18.09Gbit/s，25米传输净速率17.21Gbit/s和35米传输净速率12.62Gbit/s，是目前水下光无线通信单个激光器传输速率的最高纪录。高速率的水下激光无线通信技术可以满足未来实时高清视频、图像传输的要求，为大范围长期、连续的海洋动态观测、深海资源勘测提供强有力的通信保障。

图1是实验原理及系统框图。传统的比特功率加载技术是根据子载波上的信噪比分别分配不同的调制阶数，信噪比高，分配高阶调制阶数，信噪比低，分配低阶调制阶数，这种技术的调制星座点都是等概率分布的。而星座概率整形技术只需要采用一种调制阶数，子载波根据不同信噪比分别采用不同概率密度分布的星座调制。图2(a)表示不同子载波上的一般互信息分布，由图可以观察到：相比传统的比特功率加载技术，采用概率整形技术可以更加接近于系统的香农容量极限。图2(b)是不同传输距离下，不同通信方法能够达到的净传输速率。图2(c)是等概率星座与概率整形星座对比图。

文章链接：https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-44-3-558