基于几何的隧道场景可见光通信信道建模

发布时间：2020-04-12 09:27

【摘要】：随着移动用户数量的爆炸式增长,人们对带宽的要求日益增长,下一代无线通信系统应该要提供更高的容量来支持各种无线业务,然而传统无线频谱资源已经接近枯竭,亟需寻求新的频谱资源,可见光通信可提供400THz的带宽,约是射频频谱的104倍,这足以缓解这一问题。可见光通信场景有室内场景、矿井场景水下场景、隧道场景等,由于隧道自身构造特点,可见光信号在隧道的传播不同于其他场景,为了评估隧道可见光通信系统特性,设计一个能够简洁而又精确地描述隧道场景可见光通信的信道模型是不可或缺的可见光通信具有极大的发展前景,而室内场景作为可见光通信的最重要的场景之一,国内外诸多研究机构对其做了很多研究工作,这就能够为可见光通信的室外场景或者特殊场景奠定坚实的基础本论文首先使用包含两个单环和一个椭圆的规则形状的基于几何的多跳模型RS-GBMB对室内场景可见光通信信道进行二维建模,发射端LED建模为郎伯辐射模型,接收端PD建模为具有一定接收范围的视场角,两个单环建模为LED和PD周围散射体,椭圆建模为室内墙壁,推导计算可见光信号直射径和非直射径的链路长度,对该系统的功率时延扩展,时延等参数分析得到接收功率中直射径携带的功率占很大比例,非直射径携带功率占小部分比例。最后与红外通信实验数据进行对比验证得出该模型具有一定的实用性其次使用圆柱体几何随机模型对圆形隧道场景MIMO可见光通信进行三维建模,考虑加入俯仰角,以便于更加准确的描述隧道场景,多个发射端LED分别建模为郎伯辐射模型,多个接收端PD分别建模具有一定接收范围的视场角,散射体以簇的形式随机分布在隧道内。通过设定散射体簇的角度均值和限定的圆柱体确定散射体簇位置信息,之后利用收发端、散射体簇的位置信息得到可见光信道的俯仰角、方位角、传输距离参数,再用等体积法得到离散的俯仰角、方位角信息用于仿真并分析该系统的功率时延分布、信道容量、空间相关性参数,得到接收功率中直射径携带功率占绝大部分很大比例,非直射径占比例较小;信道容量随着信噪比的增大而增大,说明MIMO可见光具备大容量通信的可能性;空间相关性随着发射端或者接收端阵元间距增大而减小,从而为可见光通信的光源布局提供一定的理论依据;采用OOK调制、PPM调制方式对信道的误码性能进行评估,最后与室内可见光通信的功率时延分布,均方根时延时延扩展,K因子进行了对比。
【图文】：

框图,通信原理,可见光,框图

ＰＤ）作为接收端，ＬＥＤ灯发射出高速调制的光载波信号来传输信息，这一过程不逡逑需要光纤等有线传输介质，而是在空气无线信道直接传输可见光信号的通信形式。逡逑可见光通信的系统原理框图如下图１－１所示：逡逑驱动电逦ＬＥＤ阵列光逡逑＾入 —？邋＿电地逦—＊邋路：—１源调制电路逡逑信道逡逑—一输出＾■解调电路＾＾光电检测逡逑图１－１可见光通信原理框图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｂｌｏｃｋ邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＶＬＣ逡逑可见光通信具有如下特点：逡逑（１）频谱资源丰富．？可见光通信的光波的波长范围为３８０？７８０ｎｍ，相对应的逡逑频率范围为３８４？７８９ＴＨＺ，频谱非常宽，相当于射频ＲＦ频谱的一万倍，，而且不用逡逑１逡逑

频谱,电磁频谱,波长,执照

逦引言逡逑获得频谱执照，电磁频谱的波长如下图１－２所示：逡逑３00ｍ逦３ｍ逦３０ｃｍ逦３ｃｍ逦１ｃｍ逦１００邋ｍ邋ｍ逦７００邋ｐ邋ｍ逦４（Ｋｈｉｎｉ逦Ｉｎｍ逡逑调幅逦
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1

【参考文献】