为助力我国铁路数字化转型升级，需加快推进智能铁路的总体建设。以厦门北高铁车站为目标场景，结合我国铁路实际，采用射线跟踪(RT)技术对932 MHz、2.1 GHz、41 GHz 和93.2 GHz 4 个频段的铁路综合数字移动通信系统(GSM-R)、铁路5G(5G-R)、毫米波通信系统3 种制式的信道特性展开研究。依托高性能射线跟踪仿真，精准刻画了不同频段下高铁车站场景的电波传播特性，对多频段、多制式下的多维度信道特性进行比较和研究。结果表明，电波频率越高，无线信号覆盖范围越小；且经由散射体产生的多径越少，多径信号在时间域和空间域的色散程度越弱。本文研究基于高铁车站的应用场景，为铁路专用移动通信系统的设计与改善提供了相应的理论依据、数据支持。

为推进智能铁路总体建设，实现高速铁路智能化，高铁信息基础设施将应用第五代移动通信技术(5G)建设铁路 5G专用移动通信系统，2.1 GHz有望成为铁路 5G专用移动通信系统的承载频段。高铁站台作为客货乘降与调度中转的功能核心，其在 2.1 GHz下的电波传播特性亟待研究。本文以厦门北站高铁站台为研究场景，利用射线跟踪(RT)技术仿真 2.1 GHz频段下的电波传播，基于仿真结果分析此场景无线信道特性，包括均方根时延扩展(RMS DS)、到达/离开方位角扩展、到达/离开俯仰角扩展(ASA/ASD, ESA/ESD)、交叉极化比(XPR)和以上参数的互相关。根据以上结果，对高铁站台场景中铁路 5G专用移动通信系统的设计和评估提出相关建议。

针对吸收和散射衰减导致光子在水下运动时具有复杂性的问题，基于追踪的水下单光子运动状态，建立了光子时空随机信道模型。针对不同的水质类型、链路距离、接收孔径、发射角和视场角，统计了接收端到达光子的相关信息，研究了基于水下单光子通信系统的光接收强度和信道脉冲响应的影响因素。同时，综合考虑光子发射情况、水下光子运动过程、探测器特性和同步信号提取方法等，采用了一种基于时隙内光子计数的数据解调方案，并对系统性能进行分析。仿真实验结果表明：发射角和接收孔径是影响时延展宽的主要因素；接收孔径越大，系统误码率（BER）越小；而链路距离和发射角越大，系统BER越大；噪声系数越大，系统BER越大，且建模的理论通信距离约为185 m。实验结果很好地描述了水下光子散射特性和脉冲时延展宽特性。

在蓝绿激光对潜通信及对潜探测应用中, 激光分别通过大气、气-海界面以及海水信道传输。由于海面上方覆盖海雾、风速引起海面粗糙度变化以及覆盖泡沫、海水信道中存在悬浮粒子等多种因素的影响, 蓝绿激光传输信道呈现复杂特征。基于米散射理论、粗糙面散射理论及辐射传输理论, 针对上述复杂海况开展海雾大气、泡沫覆盖风驱粗糙海面及考虑浮游植物分布的海水信道的激光传输特性研究, 并详细讨论了风速、海雾能见度及浮游植物分布对激光功率的衰减作用。结果表明：海雾、粗糙海面泡沫和海水信道中浮游植物对传输激光功率共同起作用, 其中海水信道中浮游植物对激光功率的衰减最为显著, 风速改变带来的海面粗糙度变化以及覆盖泡沫主要对激光透射角域产生显著影响, 同时对激光功率的透射极值产生一定的影响。

针对海洋激光通信信道复杂多变的问题, 利用理论分析和蒙特卡洛模拟方法详细研究了水下光通信链路的信道特性。采用波长为532 nm的蓝绿激光, 分析了典型海水中的信道脉冲响应, 研究了接收光强与海水类型、衰减长度、发散角、波束宽度、接收视角及孔径等重要参数的关系, 并通过蒙特卡洛仿真实验进行验证。理论分析与仿真结果表明: 清澈海域中, 传输距离<40 m时, 可认为无码间干扰信道, 接收端不需要复杂的信号处理算法; 但在海港浑浊海域, 时延扩展随着接收视角和发散角的增大而增大, 从而降低信道的传输效率。当衰减长度小于等于漫射长度时, 接收光强随接收孔径的增大而减小; 但当衰减长度大于漫射长度时, 接收光强随着接收视角的增大呈现先增后恒的趋势。因此, 研究结果将对建立准确的水下无线光通信信道模型具有重要的参考价值。

提出了一种变阶次多阶游程受限调制编码方案，在满足读出通道伺服控制及信道信噪比要求的同时，获得更好的编码效率，可以根据不同长度游程分阶时的信噪比裕量，设定不同的分阶限制条件：短游程少分阶或者不分阶，长游程多分阶。在最大限度地利用游程长度冗余的同时，降低了多阶游程造成的码间干扰影响。通过理论分析和实验测试，分析了该编码方案的特征性能，给出了该方案应用于DVD结构光盘的效果。实验结果表明，该编码方案的原始字节误码率达到了1×10-5量级，且读出信号具有良好的对称性，满足普通DVD光盘系统读出通道及伺服控制的要求。