可见光通信非朗伯光波束发射分集技术

受限于传统朗伯光波束较强的空间指向性,基于同构朗伯光波束的可见光通信发射器设计难以提供令人满意的空间覆盖。综合考虑商用发光二极管(LED)光源多样的非朗伯光波束特性,提出一种基于非朗伯光波束的发射分集技术方案。该方案能够充分利用非朗伯光波束各自的空间辐射特性,将更多发射光功率针对性地投射到远离光发射器的覆盖边缘区域,在保持整体发射光功率恒定且分集角为60°时,所提出的非朗伯性分集方案能够引入3.4 dB的最小信噪比增益,同时将信噪比波动幅度从传统设计下的19.4 dB降低至非朗伯设计下的13.5 dB。

非朗伯MIMO可见光通信误比特率表现研究

为了提升了可见光通信(VLC)链路的可靠性,针对传统VLC研究范式的局限性,在典型室内应用场景将商用LUXEON Rebel非朗伯光波束引入到多输入多输出(MIMO)可见光发射器配置中,对比分析了非朗伯MIMO VLC与朗伯MIMO VLC的误比特率(BER)性能表现。仿真结果表明:较之于传统朗伯光波束的MIMO基准配置,当房间中心接收位置BER≤10^(-6)时,所提出的非朗伯MIMO配置可以减少引入13.1%的发射功率。

室内非朗伯型可见光多径无线信道特性研究

在很大程度上,室内可见光通信系统的表现受到可见光多径传播信道的影响.已有研究尚局限于表征朗伯型光源波束配置下可见光无线信道特性,客观上忽视了对光源波束维度潜在差异化影响的关注与讨论.不同于已有研究,本文重点聚焦于非朗伯型波束条件下可见光无线信道的多径传播效应.为便于同传统朗伯型信道进行比较分析,本文主要从信道脉冲响应、信道频率响应以及信干噪比等方面进行量化表征.为不失一般性,在经典中型尺寸室内应用场景中,本文引入了两种典型的非朗伯波束进行量化建模分析.较之于朗伯波束,量化结果显示在信干噪比方面,两种非朗伯波束可分别引入约1 dB的增益及4 dB的损伤.因此,非朗伯波束客观上为可见光通信领域提供一个崭新的设计维度.

基于垂直光波束选择的可见光通信物理层安全表现增强方法

为改善可见光链路的保密传输表现,在分析静态、动态光波束配置下的链路保密容量的基础上,提出了基于动态垂直非朗伯光波束选择的可见光通信物理层安全表现增强方法,即根据不同的发射器、保密用户及窃听者位置关系动态地选择垂直候选光波束。量化结果显示:在典型室内环境下,相比传统静态朗伯光波束配置,基于动态垂直非朗伯光波束配置的平均保密容量增益高达3.03 b·s^(-1)·Hz^(-1),增益比例高达86%。

基于异构光波束的可见光通信覆盖特性分析

受限于传统可见光通信(VLC)的研究范式,研究人员在分析可见光无线覆盖时,通常假设光源遵从朗伯空间辐射特性。客观上,上述假设忽视了由不同类型光波束构成的潜在异构光波束,对基于异构光波束的VLC覆盖特性也缺少必要的探索。针对上述问题,综合考虑商用发光二极管(LED)光源的差异化非朗伯光波束特性,文章给出了多种潜在的异构光波束配置方案。同时,在典型室内场景,对传统同构朗伯光波束和文章所提异构光波束的覆盖特性进行了比较分析。量化结果显示,较之于传统朗伯光波束的发射器配置,文章所提异构光波束的配置方案能够引入高达1.97 dB的最小信噪比(SNR)增益,同时将SNR波动幅度从传统设计下的22.75 dB降低至异构设计下的15.33 dB。此外,SNR低于30 dB相对弱覆盖位置占比从初始配置下约13.20%降低至非异构设计下约7.23%。因此,异构光波束对室内空间覆盖的潜在影响获得了初步的证实。

面向可见光通信的LED空间辐射特性仿真实验研究

LED已经广泛渗透到大众生活的照明、指示、通信、定位等众多领域。特别是在可见光通信领域,LED自身的空间辐射特性主导了其在不同可见光通信场景的实际性能。实际上,如何基于不同类别、不同复杂程度的光源辐射特性解析模型,平滑地实现LED光波束三维建模及直观展示,仍然缺少针对性的阐述和讨论。面向各类新型光源应用对LED空间辐射特性的表征实验需求,本文提出了面向LED朗伯辐射特性、对称非朗伯辐射特性以及非对称非朗伯辐射特性空间建模及直观展示的仿真实验方法。该方法能够满足商用迥异LED光波束的三维展示需求,同时能够满足对LED空间辐射特性进行针对性地二维剖析需求。此外,上述工作为后续开展可见光通信组合光波束的优化设计提供了路径和便利。

可见光通信物理链路的基准保密容量比较研究

在5G演进过程中,可见光通信的物理层安全问题逐渐受到关注与讨论。然而,现有研究范式尚局限于基于传统朗伯型LED光源的可见光通信保密链路的讨论,对于实际商用非朗伯光源下链路的保密特性,特别是非朗伯链路配置下的基准保密容量,尚缺少量化比较研究。针对上述问题,文章延伸了已有可见光保密链路建模方案;量化展示了室内环境下,典型非朗伯可见光保密链路的基准特性差异。量化结果显示,相比较传统朗伯波束情况,典型非朗伯波束可将基准保密容量的空间动态范围从0~10.78 bps/Hz压缩至0~6.40 bps/Hz,相应地基准保密容量均值从初始的5.25 bps/Hz减少至2.78bps/Hz。因此,在设计及优化可见光通信保密链路过程中,应综合考虑光源多样波束特性对保密容量的影响,可将其作为潜在的优化维度。

可见光定位系统中发光二极管的空间波束效应分析

在可见光定位系统中,接收端需要捕获来自不同参考光源的可见光信号,进而根据参考光源的位置信息和预设的可见光定位算法估计接收端的位置坐标。上述定位过程中,通常假设光源为朗伯型光源,即光源的光波束符合朗伯规律。为了实现特定照明效果,固态光源厂商经常通过改进分装工艺、加装二次光学透镜等方式对光波束进行再次塑造,以获得多样化的空间光波束。为了量化评估实际非朗伯光波束对可见光定位系统的影响,将3种商用非朗伯光波束EdiPower Emitter、LUXEON Rebel、Side Emitter引入典型室内场景。量化结果表明,相比传统朗伯光波束配置,非朗伯光波束引入的最大定位误差和均值定位误差分别为101.7 cm和48.8 cm。考虑到商用非朗伯光波束辐射功率未归一化的影响,上述定位误差会进一步增大。