[發(fā)明專利]室內單光源可見光通信系統(tǒng)多徑信道建模方法

有效

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• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107332615B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設計）人: 賈科軍;靳斌;張守琴
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B17/391
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 董斌

技術領域

本發(fā)明涉及室內可見光通信多徑信道建模，尤其是涉及室內單光源時可見光通信系統(tǒng)的多徑信道建模。

背景技術

移動通信自20世紀80年代初誕生以來，大約每10年就經(jīng)歷標志性的一代技術革新，到目前已普遍投入商用第四代移動通信。但是隨著各種行業(yè)和移動通信的融合，特別是移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，為移動通信技術帶來了新的挑戰(zhàn)，到2020年的下一代(the fifth generation，5G)無線通信，通信速率(峰值速率)將增大10倍，全球移動數(shù)據(jù)流量將達到2010年的500-1000倍。通常提高通信系統(tǒng)容量的方法有：增加可用帶寬、提高無線傳輸鏈路的頻譜效率和增加小區(qū)密度等。根據(jù)國際電聯(lián)2015年世界無線電通信大會(WRC-15)的研究，頻率在6GHz以下的可用頻譜資源已非常稀缺，而更高頻率的頻譜資源較為豐富，能有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，因此對于6GHz以上頻段頻譜的開發(fā)和利用成為了未來無線通信研究的熱點內容。

可見光通信(Visible Light Communication，VLC)是利用可見光(波長從380納米到780納米)作為信息載體，在自由空間中直接傳輸光信號的通信方式。通過給普通的發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)加裝微芯片，LED可發(fā)出肉眼感覺不到的高速明暗閃爍的光信號來傳輸信息。LED具有節(jié)能、環(huán)保、體積小和壽命長等特點，廣泛應用于各種顯示、裝飾、普通照明和城市夜景等領域。據(jù)《2015-2020年中國LED照明產業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》分析，LED照明市場一直被認為是LED最重要、最具發(fā)展前景的應用。受“十城萬盞”政策的推動，我國LED路燈市場將保持持續(xù)增長，至2013年占到全球市場規(guī)模的五成左右，成為全球最重要的LED路燈市場之一。據(jù)歐洲照明協(xié)會預測，到2020年LED將占到照明市場的60％。

與傳統(tǒng)射頻(Radio Frequency，RF)通信相比，VLC具有諸多優(yōu)點，比如：白光LED響應時間短、具備高速調制特性，可同時實現(xiàn)照明和通信的雙重作用；提供可自由使用的超過400THz的通信帶寬；LED發(fā)射的是與自然光相似的非相干可見光，可保持較高的發(fā)射功率而不會對人體健康產生影響；VLC基于照明基礎設施，有LED照明的地方即可實現(xiàn)通信，具有良好的范在屬性，VLC還可潛在與電力線載波相結合，可實現(xiàn)對照明設施的深度利用；通常VLC限制在室內，具有良好的保密性，在臨近房間還可以實現(xiàn)同頻復用。另外，VLC無電磁輻射，可應用在對電磁干擾敏感的區(qū)域，如醫(yī)院、機場等。應該注意到，作為一種全新的無線光通信技術，VLC并不是要取代RF，而是對現(xiàn)有無線通信技術的一種有益的補充。

由于LED是非相干光源，VLC一般采用強度調制直接檢測(intensity modulation and direct direction，IM/DD)技術，因此只有光信號的強度包含信息。由于PD的尺寸通常比可見光波長大上千倍，在接收端的光信號就形成了類似空間分集的效果，因此不存在多徑衰落現(xiàn)象。另外，干擾對每條光信號的影響在接收端相當于被求了空間平均，所以VLC信道可以看作是時間穩(wěn)定的、隨著PD位置變化而緩慢變化的信道。在IM/DD系統(tǒng)中，定義接收光功率和發(fā)光功率之比為信道增益，那么區(qū)別于RF系統(tǒng)信道的復數(shù)增益，VLC光無線信道的信道增益是正實數(shù)。室內VLC系統(tǒng)常被作為線性時不變系統(tǒng)處理，其完全可以通過自身的沖擊響應來表征。

光信號通常經(jīng)過兩種傳輸模式入射到光電檢測器(PD)，一種是發(fā)射光直接入射到PD的視距傳播，另一種是經(jīng)過墻壁、家具等室內反射體的反射光線。光信號經(jīng)過不同路徑到達PD時必然存在光程差，從而引起多徑效應，當符號速率較大時，多徑效應對系統(tǒng)的影響不可忽視。另外，大氣隨機信道引起的光色散效應會導致光脈沖在時間上延伸展寬。以上因素都可能造成符號間干擾。為了準確分析多徑效應對通信系統(tǒng)性能的影響，必須要建立多徑信道模型。但是目前公認的室內可見光通信信道模型的建立處于探索階段，已有研究主要是利用室內紅外光(Infrared，IR)通信系統(tǒng)信道模型。國內外學者提出了多種室內紅外光無線信道建模的方法，主要包括：

文獻[1](Gfeller F.R.,Bapst U..Wireless In-House Data Communication via Diffuse Infrared Radiation[J].Proceeding of IEEE,1979,67(11):1474-1486)在室內采用紅外光源，設計了一種無線廣播系統(tǒng)，研究了光漫射信道的信道模型。