[發(fā)明專利]一種紫外光通信非視距鏈路中單次散射路徑損耗的近似計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010499796.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN111628822B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹天;張洪明;宋健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/079
• 分類號(hào): H04B10/079
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種紫外光通信非視距鏈路中單次散射路徑損耗的近似計(jì)算方法，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用場景，根據(jù)紫外光非視距通信系統(tǒng)的發(fā)送端束散角和接收端視場角的大小關(guān)系，分情況討論了路徑損耗的計(jì)算方法，并將發(fā)送端光束與接收端視場的交疊區(qū)域近似成一摞圓盤子，從而簡化了路徑損耗的積分表達(dá)式，采用Gauss?Legendre求積方法，進(jìn)一步得到了路徑損耗的閉合表達(dá)式，進(jìn)而可針對(duì)不同發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的幾何設(shè)置(包括發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的方位角，傾斜角，以及它們之間的間隔距離)，估計(jì)接收端可以收到的紫外光能量，從而得到接收端的信噪比，并利于針對(duì)紫外光非視距通信系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行合適且有效的通信信號(hào)處理設(shè)計(jì)以及通信協(xié)議的規(guī)劃。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及紫外光通信中的路徑損耗，特別涉及一種紫外光通信非視距鏈路中單次散射路徑損耗的近似計(jì)算方法。

背景技術(shù)

紫外光通信是指使用紫外光頻段進(jìn)行通信的技術(shù)。非視距鏈路指的是發(fā)送端與接收端不存在直視鏈路，即發(fā)送端和接收端相互無法看見。

由于紫外光通信非視距鏈路通常包含多次散射情況，其路徑損耗計(jì)算方法復(fù)雜，沒有準(zhǔn)確的理論計(jì)算表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果表明，通常情況下，包含多次散射的非視距鏈路的路徑損耗通常由第一次散射導(dǎo)致的路徑損耗決定。因此在理論分析中，常常將紫外光通信非視距鏈路的路徑損耗近似為單次散射路徑損耗，以便于理論分析。目前，單次散射路徑損耗的準(zhǔn)確理論表達(dá)式包含三重積分，模型比較復(fù)雜，且沒有閉合表達(dá)式，不利于紫外光非視距通信系統(tǒng)分析、規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種紫外光通信非視距鏈路中單次散射路徑損耗的近似計(jì)算方法，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用場景，根據(jù)紫外光非視距通信系統(tǒng)的發(fā)送端束散角和接收端視場角的大小關(guān)系，分情況討論了路徑損耗的計(jì)算方法。并將發(fā)送端光束與接收端視場的交疊區(qū)域近似成一摞圓盤子，從而簡化了路徑損耗的積分表達(dá)式。采用Gauss-Legendre求積方法，進(jìn)一步得到了路徑損耗的閉合表達(dá)式。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種紫外光通信非視距鏈路中單次散射路徑損耗的近似計(jì)算方法，表達(dá)式為：

其中，PL即路徑損耗(path loss)。

路徑損耗的計(jì)算是通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一步，得到單次散射路徑損耗后，在實(shí)際工程中，可針對(duì)不同發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的幾何設(shè)置(包括發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的方位角，傾斜角，以及它們之間的間隔距離)，估計(jì)接收端可以收到的紫外光能量，從而得到接收端的信噪比。此外，本發(fā)明提出的單次散射路徑損耗的近似計(jì)算方法相比現(xiàn)有的精確模型簡單，容易定性分析與定量計(jì)算路徑損耗與發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間幾何設(shè)置的關(guān)系，且計(jì)算復(fù)雜度低，計(jì)算效率高，從而有利于針對(duì)紫外光非視距通信系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行合適且有效的通信信號(hào)處理設(shè)計(jì)以及通信協(xié)議的規(guī)劃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明近似計(jì)算方法更加簡單，計(jì)算復(fù)雜度低，但精度更高。

附圖說明

圖1是紫外光通信系統(tǒng)非視距鏈路的單次散射示意圖。

圖2是Tx光束的束散角小于等于Rx視場的視場角時(shí)的近似模型示意圖。

圖3是Tx光束的束散角大于Rx視場的視場角時(shí)的近似模型示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

本發(fā)明提出了一種新的紫外光通信非視距鏈路中單次散射路徑損耗的近似計(jì)算方法，可以大幅度提高計(jì)算效率，并且保證計(jì)算精度。

如圖1所示，紫外光系統(tǒng)包含一個(gè)發(fā)射機(jī)Tx，位于坐標(biāo)(0,r,0)的位置，以及一個(gè)接收機(jī)Rx，位于坐標(biāo)原點(diǎn)。同時(shí)假設(shè)Tx所發(fā)出的光束(Beam)與Rx的視場(FOV)均為一個(gè)圓錐，Tx所發(fā)出的光束軸線指向的單位方向向量：