移动场景下无线紫外光通信散射信道仿真方法

摘要

本发明公开了一种移动场景下无线紫外光通信散射信道仿真方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、建立无线紫外光通信散射信道传输模型，并确定发射光子的散射位置；步骤2、确定接收端移动的方向和速度；步骤3、确定移动场景下接收光锥顶点Q点的位置；步骤4、计算经散射点Sn散射的光子能到达Q点的概率；步骤5、绘制移动方向上脉冲响应和路径损耗图。通过该方法，研究了移动场景下的无线紫外光通信节点间相对运动速度和运动方向与散射信道特性之间的关系，并绘制脉冲响应和路径损耗图，为降低接收端路径损耗、提高接收端信噪比提供了理论依据。

说明书

技术领域

本发明属于无线紫外光通信技术领域，涉及一种移动场景下无线紫外光通信散射信道仿真方法。

背景技术

目前无线紫外光通信主要应用蒙特卡洛法和遍历微元法等建立了信道传输特性模型，目前蒙特卡洛方法是研究紫外光多次散射传输模型的最重要的方法。采用蒙特卡洛法分析散射传输问题，能很好的模拟光子散射传输的全过程，能计算系统路径损耗、模拟脉冲响应。

目前针对无线紫外光通信的仿真研究都是收发端固定的，这就不能逼真地刻画出实际应用中无线紫外光通信的信道传输特性，因此，研究移动场景下的无线紫外光通信散射信道会更符合紫外光通信传输特性的真实性，对无线紫外光通信的应用有着不可或缺的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种移动场景下无线紫外光通信散射信道仿真方法，具有反应无线紫外光通信节点间相对运动速度和运动方向与散射信道特性之间关系的特点。

本发明所采用的技术方案是，一种移动场景下无线紫外光通信散射信道仿真方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立无线紫外光通信散射信道传输模型，并确定发射光子的散射位置；

步骤2、确定接收端移动的方向和速度；

步骤3、确定移动场景下接收光锥顶点Q点的位置；

步骤4、计算经散射点S

步骤5、绘制移动方向上脉冲响应和路径损耗图。

步骤1中无线紫外光通信散射信道传输模型包括：发送端T和接收端R，T和R之间的距离为x

步骤1中，发射端在C

cosθ＝1-ξ

α＝2πξ

其中ξ

由T发射的光子在发射锥体内沿着(u

r

其中k

(x

其中T的坐标为(0,0,0)；以此类推，可以得到所有散射点的坐标。

步骤2中接收端是在xoy平面任意方向上移动，移动方向可以用角度a来表示，∠a在(0，2π)内随机取值；接收端的移动速度v在0m/s-2m/s内随机取值。

步骤3具体为：

光子从T出发，经过n次散射到达R，设L为光子经历的传输距离，可得：

光子从T到R需经历的时间t

设Q点坐标为(x

当a在90°-270°之间时，满足下式：

步骤4具体为：

光子经过S

其中A为接收端接收孔径的面积，P(cosβ

其中k

其中|S

综上，一个光子经过第n次散射后能够到达接收端接收面的概率为：

P

步骤5具体为：

先对移动方向上的直线均匀设置一系列距离节点，记为Q

发射端共发射M个光子，M＝10

P反映了发射端发射一个光子能到达接收端的平均概率，发射端发射M个光子，光子之间相互独立，那么能到达接收端的光子数为M×P，则无线紫外光通信系统的路径损耗可以计算为：

脉冲响应可以计算为：

本发明的有益效果是：

通过该方法，研究了移动场景下的无线紫外光通信节点间相对运动速度和运动方向与散射信道特性之间的关系，并绘制脉冲响应和路径损耗图，为降低接收端路径损耗、提高接收端信噪比提供了理论依据。

附图说明

图1是本发明移动场景下无线紫外光通信散射信道仿真方法中无线紫外光通信散射信道传输模型；

图2是本发明移动场景下无线紫外光通信散射信道仿真方法中移动场景下接收端的移动方向位置示意图；

图3是本发明移动场景下无线紫外光通信散射信道仿真方法中基于蒙特卡洛方法移动场景下无线紫外光信道仿真模型；

图4是本发明移动场景下无线紫外光通信散射信道仿真方法中移动场景下Q点坐标图；

图5是本发明移动场景下无线紫外光通信散射信道仿真方法中脉冲响应距离节点图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1和图3、图4所示，一种移动场景下无线紫外光通信散射信道仿真方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立无线紫外光通信散射信道传输模型，并确定发射光子的散射位置；

步骤2、确定接收端移动的方向和速度；

步骤3、确定移动场景下接收光锥顶点Q点的位置；

步骤4、计算经散射点S

步骤5、绘制移动方向上脉冲响应和路径损耗图。

步骤1中无线紫外光通信散射信道传输模型包括：发送端T和接收端R，T和R之间的距离为x

步骤1中，发射端在C

cosθ＝1-ξ

α＝2πξ

其中ξ

由T发射的光子在发射锥体内沿着(u

r

其中k

(x

其中T的坐标为(0,0,0)；以此类推，可以得到所有散射点的坐标。

步骤2中接收端是在xoy平面任意方向上移动，移动方向可以用角度a来表示，∠a在(0，2π)内随机取值，如图2所示，∠a可以设定为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°；接收端的移动速度v在0m/s-2m/s内随机取值。如设定v为0.5m/s、1m/s、1.5m/s、2m/s等。

步骤3具体为：

光子从T出发，经过n次散射到达R，设L为光子经历的传输距离，可得：

光子从T到R需经历的时间t

下面给出求解光子经过单次散射与接收端同时到达位置Q点的公式，光子经过多次散射与接收端同时到达位置Q点的公式与此同理，设Q点坐标为(x

当a在0°-90°或270°-360°之间时，满足下式：

当a在90°-270°之间时，满足下式：

步骤4具体为：

一个光子经过第n次散射后能到达接收端的接收面，必须同时满足三个条件：1)、散射点S

其中A为接收端接收孔径的面积，P(cosβ

其中k

其中|S

综上，一个光子经过第n次散射后能够到达接收端接收面的概率为：

P

步骤5具体为：

根据步骤3求出的光子到达接收端所需的总时间t

发射端共发射M个光子，M＝10

P反映了发射端发射一个光子能到达接收端的平均概率，发射端发射M个光子，光子之间相互独立，那么能到达接收端的光子数为M×P，则无线紫外光通信系统的路径损耗可以计算为：

脉冲响应可以计算为：

通过该方法，研究了移动场景下的无线紫外光通信节点间相对运动速度和运动方向与散射信道特性之间的关系，并绘制脉冲响应和路径损耗图，为降低接收端路径损耗、提高接收端信噪比提供了理论依据。