【《可见光通信信道分析案例概述》1900字】

-PAGE38-可见光通信信道分析案例概述可见光通信的信道即为传送信息的物理性通道，是以传输媒质为基础的信号通路[16]。信息是抽象的，但传送信息必须通过具体的媒质。例如两人拨打固定电话时，声音经由电话转换成电波通过电话线传输，电话线即为通信的信道。当人们在家使用电脑在网上与人交流时，信息从光纤经过互联网在发送至对方的电脑，光纤即为通信信道。当两个人面对面交谈时，说话的声音通过空气的震动传到对方的耳中，二人中间的空气即为信道。而本文中的可见光通信信道则是可见光存在的空间。1.1室内可见光通信信道模型光源发出的光可以被看作无数条单一光线的组合，研究人员将一条光线的传播的路径成为链路。而在可见光通信系统中，从信号发射器发出至信号接收器这条光线传播路径就被称为信道链路。可以通过对信号发射器发射光束做判断进行分类：定向链路、非定向链路和混合链路[16]。当信号发射器发出的光束集中不发散，而且信号接收器的接收范围小，基本与信号发射器相适配时，则称其为定向链路，反之则为非定向链路。同时还可以根据信号接收器所接收信号的传输形式分为视距链路和非视距链路两种不同的链路。如果信号接收器所接收到的信号都是通过光线直射进入，这一过程距离可以非常远，便可以将该链路称之为非视距链路。而信号不局限于通过直射传播至信号接收器，还通过各种物体反射、漫反射进入信号接收器，这一过程距离有限，则将该链路称为视距链路。在室内条件下，可见光通信系统的信号传输链路通常情况下只有两种：直射模式和非直射模式[17]。如图1.1所示。图1.1可见光通信直射视距链接和非直射链接由于室内空间大小有限，所以都是视距链路。当链路为直射模式时，幸好传输过程只有空气对光线的传播会带来损耗，所以传输效率更高。但是由于直射时，接收端信号接收范围小，所以需要校准对齐才能保证系统的正常运作，如果传输过程中有物体经过便会导致信号传输中断，工作环境要求苛刻。当链路是非直射模式，信号接收器的接受范围广阔，如果信号被物体阻碍而发生反射，也有极大的可能性被接收器正常接收，便可以避免了由于物体遮挡带来的干扰。凡是都有利有弊，伴随着接收范围大的便是会发生多径效应，会导致信号传输的速度明显不如折射模式。1.2室内LED的照明分布在现实生活中，由于每个房间的内物品拜访都不同，每个光线可能照射到而发生反射的平面反射率各不相同，使用的LED的参数性能也不可能保证完全一样，所以通信系统的使用效能天差地别。需要详尽的考虑到每一个会对通信系统产生影响的因素，才能保证分析的准确可靠。LED灯越多，室内的光照度便会越大。但实际生活中不可能安装无限制的安装照明器材，便需要选择一个合理的LED灯数量和安装位置，在保证照明功能的同时也能保证通信系统的正常运作。白光LED的功能特性符合朗伯辐射模型。；理论上，在忽略墙壁对光线的吸收时，接收器接收到的光可以在室内任意反射。所以接收点的光照度时每一次反射的光的叠加[18]。（2-1）上式中En为通信系统中信号载体可见光，在n次反射后到达接收点的光照度值。当可见光没有发生反射时，即直接从发射器至接收器的直射条件下的光照度为E0[19]：（2-2）式（2-2）中，d0接收器到光源之间光路传播长度，I(0)是1个LED光源的发光强度，ψ0是光信号的入射角，φ0为光源辐射角，朗伯指数m取决于光源的半光强角θ1/2得大小，表达式如下： （2-3）1.3直射条件下接收到的功率/光照度及相关公式[18]将光源平均发射功率Pt定义为： （2-4）接收端功率pτ定义为：（2-5） H(0)=−∞∞ℎ(t)dt式(2-5)中，H(0)为信道直流增益，在可见光通信中，信道直流增益是直视链路信道的一个重要的特征参数，可以通过式（2-6）得到。在可见光通信系统中，信噪比(SNR)表示接收到的有用信号和噪声之比，是接收信号质量的有效指标。SNR中的信号功率由S表示为（2-7） （2-8）上式中T为信号周期。而噪声功率N由散粒噪声、热噪声和码间干扰共同组成：（2-9）其中（2-10）（2-11）（2-12）q是电子的电量，B为等效噪声带宽，Ibg是背景电流，I2和I3为噪声带宽因子，k是玻尔兹曼常数，TK是绝对温度，G是开环电压增益，η为接收器电容，Г是FET沟道噪声因子，gm是FET的跨导。1.4反射条件下接收到的功率/光照度及相关公式现实中，室内光线的传播必定会发生反射，在可见光通讯系统中必须充分考虑各种情况。Hd(0)为直射路径，接收端接收到的光照度大小由其和下式一起决定。（2-13） （2-14）在式（2-14）中，L1，L2分别表示反射点到信号发射器和信号接收器的距离，ρ是反射系数，dAwall为微分的反射区。φ为反射点的辐射角。α是反射点的入射角，β是反射点到接收器的辐射角，Ψ是接收器的入射角[18]。 (2-15)