引用本文:

姬瑶,崔宗敏,程陈. 湍流大气空间非相干LED可见光通信系统性能[J]. 光通信技术,2020,44(10):24-27.

湍流大气空间非相干LED可见光通信系统性能

姬 瑶1,崔宗敏2,程 陈1

(1. 中国地震局 第二监测中心,西安 710054; 2. 西安电子科技大学 通信工程学院,西安 710071)

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摘要:为了研究光强闪烁对发光二极管(LED)可见光通信的影响,基于空间非相干单色LED光源,理论研究弱湍流下可见光通信的信道传输特性,推导出单色LED可见光通信系统光强闪烁系数的闭合表达式,对比分析了不同因素下LED、激光可见光通信的系统特性。仿真结果表明:弱湍流下LED可见光通信光强闪烁系数比激光可见光通信的闪烁系数更小,因湍流扰动引起的系统误码率也更低;此外,随着光强闪烁系数和平均发射光功率的不断增大,受湍流影响的LED、激光可见光通信系统之间的误码率差距也逐渐增大。

关键词:可见光通信;空间非相干光源;光强闪烁效应;弱湍流

中图分类号:TN929.12 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)10-0024-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.10.007

0 引言
       可见光通信波长分布在380~780 nm之间,主要分为2种:一种是激光可见光通信,由半导体激光器发射激光光束,激光属于相干光,其发散角较小,需要快速跟踪瞄准设备以解决因光束漂移引起的光斑对准误差问题[1-2];另一种是以发光二极管(LED)作为光源的LED可见光通信,LED属于非相干随机相位光源,光束比较发散,因此不需要解决光斑对准问题,但由于LED发射光束相对分散,能量衰减较严重,因此更适合短距离通信。
  目前,国内许多高等院校和科研机构对LED可见光通信技术展开了一系列研究。例如,北京邮电大学、复旦大学、东南大学、中国科学院半导体研究所、华中科技大学、信息工程大学、中国科学技术大学和桂林理工大学等科研小组在LED高速通信、LED可见光通信关键器件、水下LED可见光通信、LED路灯可见光通信、可见光复用技术、抗干扰技术和调制方式等方面以理论研究和实验验证等方式展开了一系列研 究[3-7]。然而,很少见到有关可见光信道的研究报道。
  大气中的气溶胶对传输光束的吸收和散射会引起信号衰减,因湍流扰动引发的光学折射率的随机起伏会使传输光束在到达接收端时发生光束扩展、光束漂移和光强闪烁等现象,尤其是光强闪烁对通信的影响最严重。光强闪烁会使接收光斑在光端机处发生随机的明灭变换,严重影响着可见光通信系统的可靠性。
  本文研究弱湍流下采用单色LED光源时的空间非相干可见光通信大气信道传输特性,推导空间非相干单色LED光源光强闪烁系数的闭合表达式。

4 结束语
     本文推导出弱湍流下空间非相干单色LED可见光通信系统光强闪烁系数的闭合表达式。对不同因素下LED平面波光强闪烁系数以及受湍流影响产生的系统BER进行仿真分析,并与激光可见光通信系统特性进行对比。研究结果表明:传输光波长越短、大气折射率结构参数取值越大、传输距离越远,因湍流扰动引起的LED可见光通信信道衰落越严重,光强闪烁系数越大;在相同参数条件下,LED可见光通信相比激光可见光通信信道衰落更小,光强闪烁系数更小,系统BER也更低;此外,随着闪烁强度增大、平均发射功率的增大,受湍流扰动影响的LED可见光通信系统和激光可见光通信系统之间的BER差距也逐渐增大。本文的理论研究和数值分析结果对大气环境下可见光通信系统的设计实现和场景应用提供有效理论支撑,具有一定的参考价值。