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。     

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。     

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.     

紫外光非视距二次散射信道模型研究

基于单散射信道模型,结合大气散射传输理论,建立了二次散射模型。分析研究了紫外光通信时两种典型情况下的散射相函数,即瑞利散射和米氏散射。通过比较单散射模型与二次散射模型中的脉冲响应,验证了二次散射模型的合理性,并且在二次散射模型中加入了相函数对系统性能的影响,结果验证了紫外光非视距通信的可行性,并且得出不同天气对系统性能的影响,即雾天和雨天对紫外光非视距通信的影响较大。     

紫外光非视距单散射信道模型研究

基于单散射信道模型,在散射分析的过程中加入了天气因素对信道传输的影响,结合大气散射理论,推导出考虑天气因素的脉冲响应和能量密度公式。重点仿真正常天气、雾天、云天和雨天条件下通信系统的性能,从仿真结果上验证了紫外光非视距通信的可实现性。     

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。     

紫外光通信中调制技术研究

紫外光通信是无线光通信的一种,它是利用紫外光在大气中的散射来进行信息传输的一种新型通信模式。然而,紫外光通信的调制解调技术是整个系统的关键难点。在详细阐述紫外光单散射信道模型的基础上,分析了开关键控(OOK)和脉冲位置调制(PPM)的调制结构,并在紫外光单散射信道模型中对上述两种调制技术进行了比较。结果表明:PPM调制技术在误码率性能及信息传输速率上都要优于OOK调制技术,并且随着PPM调制阶数的增加,这种优势会更加的明显。     

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。     

考虑多次散射影响的斜程能见度反演方法研究

提出了一种在低能见度天气条件下考虑多次散射影响时激光雷达反演斜程能见度的组合算法。首先,根据Koschmieder定律构建能见度方程,确定斜程能见度与大气光学厚度的依赖关系;其次,根据多次散射激光雷达方程采用双仰角法反演大气光学厚度,并采用半解析Monte Carlo法计算多次散射对单次散射比值;最后,求出考虑多次散射影响时的斜程能见度。使用地基激光雷达垂直探测进行斜程分解的回波信号数据,进行了实验验证。结果表明,在能见度小于1km时,考虑与未考虑多次散射影响的斜程能见度相对误差达9%,并且随着能见度的降低,多次散射对单次散射比值逐渐增大,多次散射作用增强。因此,研究低能见度天气条件下,多次散射的影响是非常必要的。     

激光在沙尘暴中的衰减特性研究

复杂环境中激光传输和散射特性是目标与环境光散射特性研究的基础。主要讨论了激光信号在沙尘中的传输衰减特性。根据Mie理论研究了具有一定粒径分布沙尘粒子对于激光信号的单次散射衰减特性，给出了不同分层沙尘粒子的平均散射截面、粒子平均反照率、平均不对称因子和平均相函数。利用四通量法和蒙特卡罗法研究了激光在分层沙尘大气中的多重散射和斜程传输衰减特性，并给出它们与能见度及高度的变化关系。最后，在考虑多重散射时，分别用以上两种方法数值计算了1．06μm激光在斜程沙尘大气中的衰减率，并与单次散射结果进行了比较。结果表明，能见度较低时，不考虑多重散射效应会带来较大的误差；在斜程沙尘大气激光传输时，随分层数增加，数值结果就越精确。     

非视线光散射通信的大气传输模型

利用大气对光的散射作用可以实现非视线通信.在单次散射假定下,研究了非视线光散射通信系统的大气传输模型.利用该模型分析了光源发散角、接收视场和收发仰角等系统几何参数与接收散射光能量之间的关系;重点讨论了大气分子散射和气溶胶散射各自对接收散射光能量的贡献.结果表明当系统的收发仰角较大时,接收光能量主要来自大气分子散射;反之,气溶胶散射则成为接收光能量的主要部分.对于工作在日盲紫外光谱区的非视线通信系统,增加接收视场可以有效地增大系统的信噪比.发现在两种典型的收发仰角情况下,接收散射光能量随光源发散角的变化趋势是相反的,这说明光源发散角要根据实际的应用场合设计确定.     

Path loss of non-line-of-sight ultraviolet light communication channel in polydisperse aerosol systems

Performance of non-line-of-sight (NLOS) ultraviolet (UV) communication is closely related with the system geometry, the communication range, and the atmospheric parameters. In this paper, we implement a full numerical analysis of the relations of path loss of NLOS UV communication with these factors using the Mie scattering theory and the Monte-Carlo method. In the numerical simulations, the actual polydisperse aerosol systems are used as the transmission medium. Since for the actual aerosol systems the atmosphere conditions may be similar within a short period, the path loss may be exclusively determined by the atmosphere visibility. Hence, we build a relation between the path loss of the communication channel and the atmosphere visibility. Simulation results reveal that for a relatively small communication range, the path loss increases with the visibility. On the other hand, low elevation of the transceiver may reduce the path loss. Our simulation results are useful for the evaluation of performance of the real NLOS UV communication systems.     

Analysis of a modified MIMO multi-bounced channel model for narrow street environment

To establish scattering models that match realistic street transmission scenarios for more efficient M2M mobile communication systems,existing models mainly focus on single-scattering and double-scattering,while for narrow urban street environment,single-scattering assumption is rather restrictive.To overcome this problem,a modified multi-bounced channel model based on EBSBM was provided,in which the concept of equivalent scattering point is assumed.The multi-bounced propagation paths are considered as an one-bounced ellipse scattering path and characteristics of the model were further analyzed.General formulations of several important parameters such as the probability density function (PDF) of the angle-of-departure(AOD),angle-of-arrival (AOA) and Doppler shift were derived,which were applied to the performance of multiple-input-multiple-output（MIMO）system employing a circular array antenna.Doppler frequency distribution was also taken into account.The results show good agreement with the previously models,which validates the rationality of proposed model.     

无公共散射体的紫外光通信传输特性分析

采用基于蒙特卡罗的多次散射模型,研究无 公共散射体传输模型下紫外光(UV)传输特性,对该模型下 UV在大气中传输的平均散射次数随距离的变化情况、路径损耗随传输距离的变化情况 、脉冲响应时间 延迟随传输距离的变化情况以及脉冲响应曲线随能见度的变化情况进行仿真分析。结果显示 ,无公共散射体 传输模型下的UV至少需要两次的大气散射才能够到达接收端,相同传输距离无公共散 射体传输模型的 路径损耗和脉冲响应时间延迟也远高于有公共散射体传输模型的路径损耗和脉冲响应时间 延迟。通过归 一化得到的随能见度变化的脉冲响应曲线发现,无公共散射体传输模型在大气中传输的 脉冲响应时间 延迟不随能见度的变化而变化,但脉冲响应峰值高度随能见度的增大而增高。