引用本文:

丁举鹏,易芝玲,赵楷,等. 可见光通信非朗伯光波束发射分集技术[J]. 光通信技术,2022,46(1):44-48.

可见光通信非朗伯光波束发射分集技术

丁举鹏1,2,易芝玲3,赵 楷1,2,张琳琳1,2,王丽丽4,郑 炅1,2

(1. 新疆大学 信息科学与工程学院,乌鲁木齐 830046; 2. 新疆大学 信号检测与处理新疆维吾尔自治区重点实验室,乌鲁木齐 830046; 3. 中国移动通信有限公司研究院,北京100053;4. 鲁东大学 信息与电气工程学院,山东 烟台 264025)

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摘要: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。

关键词:可见光通信;非朗伯光波束;发射分集

中图分类号:TN919 文献标志码:文章编号:1002-5561(2022)01-0044-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.01.010

0 引言
       时至今日,随着传统射频资源危机问题日益凸显,产业界和学术界正积极探索新的频谱资源,利用可见光谱的可见光通信(VLC)技术作为一种新型无线通信模式获得了广泛的关注和探索。此类技术依托商用发光二极管(LED)照明基础设施,可以同时为用户提供通用照明及数据传输功能。VLC具有免频谱管制、不受电磁干扰、安全性高、保密性强和潜在容量大等优势[1-4]。截止目前,研究人员已经成功地将VLC引入到室内无线热点、车联网、物联网、保密通信、智慧矿井和智慧城市等前沿热点领域[5-8]。
  然而,现有的VLC技术方案通常假设LED光源的光波束遵循传统朗伯空间辐射模式。此类朗伯光波束具有相对较高的空间指向性,最大辐射方向出现在光源表面的法向方向,因而难以提供一致性强的VLC信号覆盖。有一类直观的解决方案是引入多个分布式LED光源来改善VLC的覆盖情况。但是,对于中小尺寸房间和光源布放位置受限的场景,这种方案并不适用。于是,研究人员[9]提出了基于同构朗伯光波束的发射分集技术。一般地,未经二次配光的原始LED光波束能够遵循朗伯光波束模型[10-12],并且,国际厂商的诸多LED光源已呈现出与传统朗伯光波束有明显区别的空间波束特性[13-17]。但是,商用光源的非朗伯光波束尚未在VLC发射分集设计讨论中获得应有的关注和探索。因此,本文尝试将非朗伯光波束引入到VLC发射分集设计中,提出一种基于非朗伯光波束的VLC发射分集技术。

5 结束语
       与已有的基于同构朗伯光波束的发射分集设计相比,本文提出的基于非朗伯光波束的分集设计方案可以引入高达3.4 dB的最小信噪比增益;在房间边缘位置可改善6.0 dB的信噪比波动。此外,该方案还可缓解房间边缘位置附近的弱覆盖,信噪比低于32 dB弱覆盖位置占比从初始配置时的21%降低至非朗伯设计时的4.6%。