摘要：随着人们的生活质量逐渐提升，传统的无线通信技术难以满足人们的需求。通信用户的增加，使得现有的射频无线接入技术显现出疲态，传统的无线频带已经被各种新兴的无线技术瓜分殆尽。其中可见光通信技术是在新兴绿光源发光二极管迅速发展的基础上，对传统的无线通信技术的各项短板进行补救。基于此，在本文中对可将光通信室内信道进行建模，并分析其性能优化。
关键词：可见光通信；室内信道建模；性能优化；研究
前言：目前，可见光通信还存在着一些关键问题有待于解决，包括通信技术受限于LED调制带宽，不能实现超高的频率速率传输。在室内可见光信道建模方面缺乏针对性且基础性的研究。室内可见光信号的分布途径不能被及时改善等。这些问题的存在严重的制约着可见光通信技术的研究，所以本文立足于可见光通信室内信道建模，提出具有适应性的动态优化方案。
1可见光通信室内信道建模
1.1基本模型
在最为基本的可见光通信系统中，光信号并不是凭空产生，而是由LED发射所需要的光信号。光信号在自由空间内传播时，被接收器接收到光信号，在该环节中需要光电探测器的帮助。接收器的功能有很多，一方面接收系统所需要的光信号，另一方面能够将杂散光有效的收集起来。杂散光的存在将会导致通信系统中的信号表现变弱，杂散光也被称为光噪声。同时光滤波器也能够有效的降低光噪声所带来的负面影响[1]。在可见光通信系统中，为了提升信号的增益，需要采用光集中器作为接收信号增益的设备。基本的信道模型表达式为：.png)
在上式中，Y（t）——接收信号电流；——光信号检测器响应率；X（t）——发送的光脉冲；h(t)——冲击响应；N（t）——加性高斯白噪声；——卷积；可见光通信基本系统框图如下：
图一可见光通信基本系统框图.png)
1.1.1对点直线链路
在可见光通信系统中，光信号的接受与发射之间存在着两种接收形式，其中对点直线链路的信号拓扑形式比较好理解。信号的接收器与接收器之间的呈直线，二者之间不存在信号障碍，收发器之间能够通过一束很窄的光束进行通信。在这样的通信模式下，要求收发器自身需要具有较好的定向性，同时该种链路配置能够降低环境杂散光对于接收器的实际干扰，信号衰减的程度比较低。但是直线型的信号传输下，该种点对链路对于阴影效应比较敏感[2]。
1.1.2漫射链路
漫射链路的信号线路设置与频射相似，在该种线路配置环节中，信号并不是通过一束光束照射出来，而是通过一个宽的立体角向四周辐射。在该种可见光通信技术下，设备配置具有一定的移动性。并且该种设备自身不存在着多径衰落的问题，能够特定的空间内实现光信号的空间立体化的收集。
1.2信道描述
在对室内可见光通信系统进行研究环节中，将一定数量的LED布置于天花板上，对VLC提供无线覆盖的区域进行可见光照射，在特定区域内所照射的平面应该达到一定的亮度，在此基础上要想提升数据传输的速率，需要具有充足的光功率。从可见光通信系统中的接收脉冲响应的描述角度进行分析，传统的室内光信道包含多径传输影响下的波形畸变、误码率分析，与信道自身的脉冲的响应表现有关。可见光室内信道与传统的无线室内通信脉冲响应相似，在脉冲响应下，也会产生一定的波形畸变和误码率。在可见光通信系统中，对光信号实现调制，主要他通过调制、调解技术实现强制性的调制，以及实现直接性的检测。在室内场景中，信道中的发射器、接收器以及任何可以被移动的物体在系统中的比特率都比较缓慢，不可能会发生多径衰变的情况[3]。
在任何的线性是不变系统中，其基础的特征能够通过自身的冲击响应h(t)来表征。Si——给定的发射源端特征；Rj——接收端特征；E——环境特征条件；
；可见光通信系统中，发射器、接收器和反射器之间的几何关系图如下：.png)
图二发射器、接收器和反射器之间的几何关系图.png)
2可见光通信室内信道性能优化
2.1信号分布优化
伴随着多种可见光通信技术成果逐渐被研发，优化可见光通信室内信道系统，首先需要克服多径传播信道环节所可能出现的种种限制。由于多径信号衰败的存在导致可见光系统中的信号分布严重失衡，在室内环境下，不能保障每一个位置能够获得统一性的通信表现。目前的可见光通信室内信道对于房间的尺寸、环境表面的反射特性等依赖性极高，光源的移动终端发生变化时，其信号接收可能会发生差异性变化。对可见光信号分布进行优化，在智能技术的基础上，引入遗传算法和改进算法，对多个接入点的位置进行调整与优化，保障室内射频无线实现覆盖[4]。
假设室内所有的LED灯所发相同信号的波形，他们的幅度由独立比例因子进行缩放，为给定的接收端所接收到的信号进行重写，得到光信号与射频之间的光因子。LED照明灯与优化因子对应关系示意图如下：
图三LED照明灯与优化因子对应关系示意图.png)
2.2信噪比优化
在可见光通信室内信道内，存在着很多位置的可见光发射器，这些发射器与光信号接收器位置之间存在着一致性的信噪比。信噪比的存在能够在很大程度上保障了通信表现特性，能够有效的对可见光通信进行优化。在现有的可见光他通信信道中，依靠算法性能进行信噪比的优化。首先，在该算法中，采用轮盘赌选择算子和两点交叉的算法，将基于算法的测试应用于空房间配置环节中，设定相应的天花板、墙壁、地板的反射指数，反射指数分别为0.8、0.5、0.2。在特定的空间内部均匀的分布着625个接收器，设定其物理面积为1立方厘米。那么在实际的传输系统中，键控调制方式需要采用启闭的方式，借助LED实现调制信号的管理，在接收器中能够接纳延时的反射光信号，在PD接收到的光信号中将其转换为电信号[5]。
结论：综上所述，在本文中对可见光通信室内信道建模进行介绍，分析其信道优化途径。在可见光通信系统中，通过调制、调解技术实现强制性的调制，实现直接性的检测，可能会发生多径衰变的情况。由于，多径信号衰败的存在导致可见光系统中的信号分布严重失衡，因此需要对可见光通信系统进行优化。优化的方式有信号分布优化和信噪比优化。
参考文献：
[1]丁举鹏.可见光通信室内信道建模及性能优化[D].北京邮电大学,2013.
[2]杨欣华.可见光通信系统建模与实验研究[D].吉林大学,2015.
[3]宫树月.室内可见光通信信道特性的研究[D].北京邮电大学,2015.
[4]丁颖睿.室内可见光MIMO通信技术研究[D].北京邮电大学,2015.
[5]李昂.可见光通信系统设计实现与实验研究[D].北京邮电大学,2014
论文作者:钟煜
论文发表刊物:《基层建设》2016年18期
论文发表时间:2016/11/22
标签：可见光论文; 信号论文; 信道论文; 通信论文; 室内论文; 接收器论文; 通信系统论文; 《基层建设》2016年18期论文;