无线紫外光MIMO通信系统信道容量估算方法

无线紫外光通信系统易受大气散射等因素的影响,导致通信信道容量估算准确率较低。为此,提出一种无线紫外光多入多出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)通信系统信道容量估算方法。根据信道特征,构建无线紫外光MIMO通信系统的信道容量估计模型,获取无线紫外光的单次散射传输特性,利用符号补码式的方法改进空时编码,设定高级检测器中符号的接收能耗,使每个符号保持在标准功率数值范围内,完成通信系统信道检测式编码。根据不同发射角和接收角计算无线紫外光通信的路径损耗比,通过泊松随机分布获得最终通信系统信道容量的估算结果。实验结果表明,所提方法的传输速率可高达8 Mbps,误码率始终低于10^-3 bit/s,估算准确率在90%以上,估计时间低于4 ms,估算效果好,可为通信行业发展提供理论依据。     

基于不同散射相函数的紫外光传输特性研究

为了研究三种不同散射相函数下紫外光大气传输特性,文章采用非直视紫外光通信的单次散射简化模型,对系统接收机接收到的能量及紫外光传输路径损耗随传输距离和散射角的变化情况进行分析.结果表明:三种相函数下,都表现为随传输距离的增大,接收能量减小,路径损耗增大,但三者之间存在一定的差异,对于紫外光通信系统,其传输性能的影响以前向散射为主,后向散射作用很小;随着散射角增大,后向散射作用相对明显;三种散射相函数下,紫外光通信链路的最佳散射角不同,但均随发射仰角的增大或接收仰角的增大最佳散射角增大,而接收能量减小.     

非视距紫外光通信系统中霾衰减特性研究

为了研究霾环境下应用紫外光通信的系统特性,研究了霾粒子的物理特性及谱分布特性,利用散射理论分析了霾粒子在日盲紫外光波段的散射特性;并利用经典Luettgen单散射信道模型,研究了霾环境下非视距日盲紫外光传输的路径损耗特性。通过分析路径损耗与通信距离、能见度以及系统角度之间的关系仿真结果,得到了非视距紫外光传输系统中霾衰减的理论特性:在较短通信距离时,系统的路径损耗受天气状况（能见度）影响较大;能见度较好时,通信距离对路径损耗的影响将会突出,实际中应尽量选取能见度大于2 km的天气条件。文中的工作对设计霾天环境下紫外光通信系统及优化系统性能提供了一定的理论参考,同时对系统工程化实现也具有一定的指导意义。     

聚苯胺/三氧化钨复合薄膜的制备与性质

利用Luettgen单次散射信道模型对雾环境下非视距日盲紫外光通信信道传输特性进行了模拟分析。选取波长为260nm的紫外光, 分析了雾环境下对于不同的通信距离, 该紫外光的路径损耗与能见度的关系。结果表明: 在通信距离已知以及系统的发射仰角、接收仰角、发射视场半角和接收视场半角等几何参数已知的情况下, 存在一个使得紫外光传输的路径损耗达到最小的能见度; 同时, 分析并比较了0~2km辐射雾和平流雾传输路径损耗与能见度、通信距离的关系, 并得到辐射雾环境更利于紫外光传输。     

雾环境下非视距散射光通信最佳链路分析

基于概率论和随机迁移理论,建立多次散射随机模型,采用蒙特卡洛方法仿真分析了辐射雾条件下,不同的通信距离条件时,近红外信号光在大气传输信道中传输的路径损耗与能见度之间的关系,指出在给定的通信距离以及给定的系统发送端发送仰角和发送光束束散角,接收端接收仰角和接收视场角等几何参数下,会存在一个能见度使得在这个能见度条件下信号光传输的损耗最小。在通信距离、能见度给定的情况下,针对大气散射通信几何构架中的各个参数的改变都会对非视距大气散射光通信链路路径损耗产生影响,通过模型仿真,提出辐射雾环境下最优化通信链路几何构架。仿真中采取808 nm 波长的激光二极管(LD)作为光源。     

雾环境下非视距日盲紫外光通信链路路径损耗研究

利用Luettgen单次散射信道模型对雾环境下非视距日盲紫外光通信信道传输特性进行了模拟分析.选取波长为260 nm的紫外光,分析了雾环境下对于不同的通信距离,该紫外光的路径损耗与能见度的关系.结果表明:在通信距离已知以及系统的发射仰角、接收仰角、发射视场半角和接收视场半角等几何参数已知的情况下,存在一个使得紫外光传输的路径损耗达到最小的能见度;同时,分析并比较了0～2 km辐射雾和平流雾传输路径损耗与能见度、通信距离的关系,并得到辐射雾环境更利于紫外光传输.     

非视线紫外光散射通信的信道特性

在单次散射条件下,研究了非视线紫外光散射通信系统的信道特性.分析了传输损耗与光源发散角、接收视场和收发仰角等系统几何参数之间的关系,结果表明传输损耗随收发仰角的增大而增大,增加接收视场可以降低损耗;针对两种不同情况讨论了损耗随光源发散角的变化关系,发现发散角对损耗的影响较小,可根据应用场合适当确定.研究了信道的多径传输现象及其对系统性能的影响,结果表明多径传输引起的脉冲展宽将导致码间干扰的产生,限制系统的通信速率,并定量讨论了NRZ码和RZ码两种情况下码间干扰的影响,发现相对于NRZ码,采用RZ码可以有效地减轻码间干扰,获得更高的通信速率.     

云散射模型与信道传输特性分析

提出地对地链路的云散射模型,用于分析不同类型云对给定波长信号光的信道传输特性。通过模型仿真,定量分析不同通信几何结构条件下,三种云的路径损耗预测,分析了发送、接收仰角、发送光束束散角等因素对路径损耗的影响。结果表明,当接收视场角固定时,最佳通信距离随着发送、接收仰角的增大而减小;当发送光束束散角很小(1°以下)时,需要调整发送仰角使得信号光源在云层下界形成的光斑位于检测器垂直上方,以达到接收能量的最大值;当发送光束束散角较大时,应调整发送、接收仰角使一次有效散射体积最大,使得接收能量最大。通过实验测量云散射链路的路径损耗,验证了结论的正确性。结论与波长相关,选用620nm和808nm两种波长激光二极管作为实验及仿真的光源。     

大气湍流中直升机助降紫外光引导调制研究

为了研究大气湍流中不同调制方式对无线紫外光通信系统的性能影响,基于紫外光非直视通信模型,理论推导了弱湍流条件下开关键控、脉冲位置调制的误比特率。采用紫外光引导直升机助降模型,在不同调制方式下仿真分析了发射功率、通信距离、发散角、接收视场角、收发仰角对误比特率的影响。结果表明,不同调制方式的误比特率随着发射功率、发散角、接收视场角的增大而不断减小,随着通信距离、收发仰角的增大而增大; 在相同条件下,脉冲位置调制比开关键控的误比特率更低,而且随着调制阶数的增加,误比特率会越来越小。这一结果对提高紫外光通信系统在大气湍流中的抗干扰能力具有一定的应用价值。     

长波长红外光大气信道传输

采用光子追踪法,模拟光子在大气信道中的随机迁移路径及散射后随机迁移方向。引入光束发散角和接收视场角等参数,建立了包含散射作用的长波长红外大气信道传输模型。运用蒙特卡洛方法进行仿真,分析了雾环境下长波长红外光的大气传输特性。与朗伯-比尔定律进行对比,发现在能见度较低、通信距离较近时接收机接收的散射能量不能被忽略。分析了通信距离、能见度、光束发散角、接收视场角对链路损耗的影响,分析了不同阶次散射对接收机接收能量的影响。发现在给定参数条件下,四阶及以上高阶次散射对接收机接收能量几乎可以忽略。     

高空湍流影响下紫外光多径散射链路模型

考虑散射链路所在高空大气中温度、压强、臭氧浓度和湍流垂直强度的分布规律,依据Rayleigh散射理论,提出紫外光多径散射链路模型。将散射体划分为多个散射元,各散射元对应一组路径,并依照不同路径划分信号光,计算其信号强度;利用对数正态分布和非直视链路的湍流模型,分别计算不同路径的信号强度概率密度分布;用所有概率密度函数卷积得到接收端各路径信号叠加的强度分布和链路损耗。根据实际大气环境仿真得到:新模型得到的信号强度概率密度分布较原模型更集中,紫外光的消光系数受吸收系数影响显著,二者垂直分布曲线只在15km以下略有差异。在高空2~14km范围内,当收发端位于11km左右闪烁指数存在极大值,而收发端位于6km左右闪烁指数最小。综合考虑湍流效应和链路损耗,高空紫外光通信可将收发端安置于10km高度以下。     

非视距多次散射信道仿真分析

基于概率分析理论,通过模仿光子在大气中发生散射时的随机迁移路径和方向,得到各阶散射路径损耗的理论表达式.通过模型仿真,得到不同阶次散射对总的接收信号能量的影响,给出了在指定发送、接收仰角等参数情况下预测的链路损耗值,并分别给出了接收信号中经历一阶、二阶、三阶散射的光子能量随通信距离的变化关系;通过蒙特卡罗仿真分析,发现...     

无线紫外光通信干扰链路性能研究

日盲无线紫外光系统进行通信时，若同时存在多条工作链路，则同时工作的链路会在空间中发生有效散射体的重叠，造成不同通信链路之间互相干扰，影响通信性能。本文针对典型的干扰模型建立了基于蒙特卡罗方法的无线紫外光非直视通信散射信道仿真实验，验证了该模型的正确性。并利用该模型仿真了无线紫外光通信中所存在的共面干扰、非共面干扰以及非共面且存在高度差干扰下的链路干扰模型。结果表明：影响信道误码率的因素主要有干扰端的位置以及有效散射体体积的大小；在非共面且存在高度差的干扰情况下，可以通过调整发射端仰角的大小减小链路间干扰，提高通信系统的性能。     

大气日盲紫外无线光组网技术研究

基于视距和非视距大气日盲紫外光通信的特点,阐述日盲紫外光散射信道的通信系统模型和链路模型,研究利用大气日盲紫外无线光通信进行组网的紫外安全、路径损耗、信道带宽、覆盖范围等规则,提出一种适合紫外无线光网络中信息传输的发送装置结构.     

高空紫外光通信信道特性

为研究高空大气信道对紫外激光通信的影响,引入散射链路所在高度信息修正紫外光单次散射链路模型;依照大气密度和臭氧浓度垂直分布得到紫外光散射系数和吸收系数变化规律;对高空15 km以下信号传播的时延、信噪比和信道容量进行仿真分析,得到以上三者的高空垂直分布.结果表明:高空大气环境对紫外光的消光系数主要由吸收系数决定;较小的散射作用令高空通信时延比近地面通信略低;吸收作用导致信噪比和信道容量均随通信平台位置高度增加而减小.高空紫外通信基本满足低速语音通信的要求.     

不同波长紫外光信号在高空大气通信中的性能分析

为分析高空紫外光通信性能,建立了高空太阳辐射分布模型;研究了不同波长紫外光的高空散射系数和吸收系数;考虑太阳辐射的背景光和接收端散粒噪声,对紫外光直视与非直视链路的损耗和信噪比进行了仿真分析.结果表明:在高空30 km以下,由太阳辐射产生的背景光远小于接收端散粒噪声;在7 km的高度上280 nm的信号光可实现距离为5 km、速率为10Mb/s的直视通信和距离1 km、速率50 kb/s、收发端仰角为20°的非直视通信.直视与非直视通信可以通过选择波长在“日盲区”两端的信号来减小臭氧对紫外光的吸收作用,提高信噪比;非直视通信还可以选择“日盲区”波长短的信号来增强散射效应,改善通信性能.     

无线紫外光通信组网链路性能分析

为了分析紫外光非视距通信组网链路性能,采用单次散射大气信道传输模型,对紫外光非视距通信的全向发送全向接收和定向发送全向接收两类工作模式进行了理论分析,并在链状和网格状的拓扑结构下分别进行了计算机仿真实验,对比分析了两类工作模式下网络的吞吐量、时延、抖动率、丢包率等性能.结果表明,在紫外无线光Mesh网络的通信中,采用定...     

紫外光非视距通信的定向媒体接入控制协议

对基于紫外光非视距（NLOS）定向发送全面接收通信方式（MAC）协议进行了研究。首先根据紫外光NLOS通信的特点,推导出NLOS通信覆盖范围方位角的表达式;其次根据紫外NLOS通信时路径损耗特点和方位角表达式,对目前紫外NLOS定向发送全向接收的节点结构设计规则进行改进;然后提出一种基于角度感知的紫外光NLOS通信定向...     

无线紫外光MIMO直升机助降ALOS链路性能分析

无线紫外光通信具有高速率高可靠性的特点,可以满足复杂环境下的通信。通过直升机助降的过程提出近似直视通信方式,并研究了无线紫外光MIMO系统的ALOS通信链路模型,同时计算了弱湍流条件下ALOS链路中MIMO系统的误码性能,并仿真分析其信噪比、发射功率、发射（接收仰角）以及通信距离对误码率的影响。计算分析当发射（接收）仰角小于35时,误码率随着发射（接收）仰角的增大,其增长趋势比较明显,当大于35时,误码率随着发射（接收）仰角的增大,其增长趋势变缓。结果表明,在无线紫外光ALOS链路中,采用天线阵列和多探测器的MIMO技术能够较好地降低误码率和抑制大气湍流,并提高抗衰弱能力。     

紫外光通信的散射信道简化模型

针对不同的紫外光通信模式,提出了非直视单散射信道模型的简化模型,通过实验验证了简化模型的准确性和高效性;在简化模型的基础上,对各种典型天气条件下,不同通信距离的能量损耗等进行数值仿真和结果分析,为日盲段紫外光散射通信系统的能耗分析提供了理论依据。通过对仿真结果的分析可知,简化模型可在保证仿真精度的前提下,提高仿真速度105倍;通信距离较小时,能见度对能量变化的影响较小;当距离增大后,薄雾天气对能量衰减迅速增加;随着距离的增加,轻霾、晴朗、非常晴朗等天气对能量衰减影响程度的差异也逐渐增加,即能见度越低,能量衰减曲线越陡,反之,曲线越平缓。