云散射模型与信道传输特性分析

提出地对地链路的云散射模型,用于分析不同类型云对给定波长信号光的信道传输特性。通过模型仿真,定量分析不同通信几何结构条件下,三种云的路径损耗预测,分析了发送、接收仰角、发送光束束散角等因素对路径损耗的影响。结果表明,当接收视场角固定时,最佳通信距离随着发送、接收仰角的增大而减小;当发送光束束散角很小(1°以下)时,需要调整发送仰角使得信号光源在云层下界形成的光斑位于检测器垂直上方,以达到接收能量的最大值;当发送光束束散角较大时,应调整发送、接收仰角使一次有效散射体积最大,使得接收能量最大。通过实验测量云散射链路的路径损耗,验证了结论的正确性。结论与波长相关,选用620nm和808nm两种波长激光二极管作为实验及仿真的光源。     

聚苯胺/三氧化钨复合薄膜的制备与性质

利用Luettgen单次散射信道模型对雾环境下非视距日盲紫外光通信信道传输特性进行了模拟分析。选取波长为260nm的紫外光, 分析了雾环境下对于不同的通信距离, 该紫外光的路径损耗与能见度的关系。结果表明: 在通信距离已知以及系统的发射仰角、接收仰角、发射视场半角和接收视场半角等几何参数已知的情况下, 存在一个使得紫外光传输的路径损耗达到最小的能见度; 同时, 分析并比较了0~2km辐射雾和平流雾传输路径损耗与能见度、通信距离的关系, 并得到辐射雾环境更利于紫外光传输。     

雾环境下非视距日盲紫外光通信链路路径损耗研究

利用Luettgen单次散射信道模型对雾环境下非视距日盲紫外光通信信道传输特性进行了模拟分析.选取波长为260 nm的紫外光,分析了雾环境下对于不同的通信距离,该紫外光的路径损耗与能见度的关系.结果表明:在通信距离已知以及系统的发射仰角、接收仰角、发射视场半角和接收视场半角等几何参数已知的情况下,存在一个使得紫外光传输的路径损耗达到最小的能见度;同时,分析并比较了0～2 km辐射雾和平流雾传输路径损耗与能见度、通信距离的关系,并得到辐射雾环境更利于紫外光传输.     

长波长红外光大气信道传输

采用光子追踪法,模拟光子在大气信道中的随机迁移路径及散射后随机迁移方向。引入光束发散角和接收视场角等参数,建立了包含散射作用的长波长红外大气信道传输模型。运用蒙特卡洛方法进行仿真,分析了雾环境下长波长红外光的大气传输特性。与朗伯-比尔定律进行对比,发现在能见度较低、通信距离较近时接收机接收的散射能量不能被忽略。分析了通信距离、能见度、光束发散角、接收视场角对链路损耗的影响,分析了不同阶次散射对接收机接收能量的影响。发现在给定参数条件下,四阶及以上高阶次散射对接收机接收能量几乎可以忽略。     

非视距多次散射信道仿真分析

基于概率分析理论,通过模仿光子在大气中发生散射时的随机迁移路径和方向,得到各阶散射路径损耗的理论表达式.通过模型仿真,得到不同阶次散射对总的接收信号能量的影响,给出了在指定发送、接收仰角等参数情况下预测的链路损耗值,并分别给出了接收信号中经历一阶、二阶、三阶散射的光子能量随通信距离的变化关系;通过蒙特卡罗仿真分析,发现...     

无线光通信中紫外散射传播特性的研究

结合大气散射理论,引入不同天气条件下的散射相函数和散射粒子半径两个参数,在长球面坐标系上修正了紫外光大气传输单次散射模型.仿真了正常、霾、雾、雨四种天气条件下的该散射模型的冲激响应,分析计算了这四种天气条件下的发送仰角、通信距离与接收光信号之间的关系.结果显示紫外大气传播中通信距离受天气影响较大,通信速率受天气影响较小.     

非视距大气散射光通信最优化链路分析与设计

提出平均散射相函数,更为准确地反映了云滴粒子的角散射强度分布特性;基于概率论和随机迁移理论,以马尔可夫数据链的形式建立多次散射随机分析模型,借助蒙特卡罗仿真得到给定通信几何构架下的非视距大气光散射链路路径损耗特性;针对大气链路中有无云存在两种实际,从大气气溶胶散射和云散射两个方面分析非视距大气光散射链路的最优化通信构架设计;通过模型仿真结果与实地实验数据的对比验证了分析的合理性。结论与波长相关,实验及仿真均采用808nm波长的激光二极管(LD)作为光源。     

近中远红外光在雾中的传输损耗研究

利用光子追踪法建立了红外大气信道传输模型,并给出传输损耗理论表达式。分别采用朗伯-比尔定律和蒙特卡罗仿真方法计算传输损耗,并将两个结果进行对比分析。结果显示,在能见度较低,通信距离较近时接收机接收到的散射能量不能被忽略。分析了近红外、中红外及远红外在不同能见度、通信距离下的传输损耗。结果显示,在辐射雾条件下,波长为10.6μm的远红外光传输损耗最小;在平流雾条件下,能见度小于200 m时,波长为0.85μm的近红外光传输损耗较小,能见度大于200 m时,波长为10.6μm的远红外光传输损耗最小。     

基于不同散射相函数的紫外光传输特性研究

为了研究三种不同散射相函数下紫外光大气传输特性,文章采用非直视紫外光通信的单次散射简化模型,对系统接收机接收到的能量及紫外光传输路径损耗随传输距离和散射角的变化情况进行分析.结果表明:三种相函数下,都表现为随传输距离的增大,接收能量减小,路径损耗增大,但三者之间存在一定的差异,对于紫外光通信系统,其传输性能的影响以前向散射为主,后向散射作用很小;随着散射角增大,后向散射作用相对明显;三种散射相函数下,紫外光通信链路的最佳散射角不同,但均随发射仰角的增大或接收仰角的增大最佳散射角增大,而接收能量减小.     

不同大气高度紫外光单次散射链路模型研究

针对不同海拔的大气散射区域对紫外激光单次散射链路的影响,综合考虑气压、温度及臭氧浓度三个因素,对紫外光单次散射链路模型进行了修正。在此基础上,首先计算紫外激光通信系统在0～28km高空范围内的链路损耗。其次,在链路损耗最小条件下,分析通信距离、通信终端仰角以及发散角三者的相互关系。结果表明,收发端设置在高空0～15km的链路损耗较低,15～21km的链路损耗剧增。发射端仰角和通信距离的增大分别导致链路损耗增加;损耗最小时,发射端仰角与发散角近似呈线性关系,通信距离对该关系无明显影响。     

Path loss of non-line-of-sight ultraviolet light communication channel in polydisperse aerosol systems

Performance of non-line-of-sight (NLOS) ultraviolet (UV) communication is closely related with the system geometry, the communication range, and the atmospheric parameters. In this paper, we implement a full numerical analysis of the relations of path loss of NLOS UV communication with these factors using the Mie scattering theory and the Monte-Carlo method. In the numerical simulations, the actual polydisperse aerosol systems are used as the transmission medium. Since for the actual aerosol systems the atmosphere conditions may be similar within a short period, the path loss may be exclusively determined by the atmosphere visibility. Hence, we build a relation between the path loss of the communication channel and the atmosphere visibility. Simulation results reveal that for a relatively small communication range, the path loss increases with the visibility. On the other hand, low elevation of the transceiver may reduce the path loss. Our simulation results are useful for the evaluation of performance of the real NLOS UV communication systems.     

无公共散射体的紫外光通信传输特性分析

采用基于蒙特卡罗的多次散射模型,研究无 公共散射体传输模型下紫外光(UV)传输特性,对该模型下 UV在大气中传输的平均散射次数随距离的变化情况、路径损耗随传输距离的变化情况 、脉冲响应时间 延迟随传输距离的变化情况以及脉冲响应曲线随能见度的变化情况进行仿真分析。结果显示 ,无公共散射体 传输模型下的UV至少需要两次的大气散射才能够到达接收端,相同传输距离无公共散 射体传输模型的 路径损耗和脉冲响应时间延迟也远高于有公共散射体传输模型的路径损耗和脉冲响应时间 延迟。通过归 一化得到的随能见度变化的脉冲响应曲线发现,无公共散射体传输模型在大气中传输的 脉冲响应时间 延迟不随能见度的变化而变化,但脉冲响应峰值高度随能见度的增大而增高。     

低能见度下紫外光非直视传输模型研究

为了克服紫外光通信中单散射模型在低能见度下的适用局限性,基于一阶多次散射理论,对Luegtten非直视单散射信道模型进行修正。在原模型的建模基础上,修正模型考虑了大气分子的瑞利散射和气溶胶的米氏散射,并且引入了多次散射的影响,运用Matlab对修正模型进行了仿真。结果表明,在低能见度下修正模型比原模型在信道模拟上有较大改进,数据与试验结果吻合得更好;由于一阶多次散射理论适用于多次散射小于单次散射但又不能忽略的情况,修正模型与实际情况存在一定的差距。这对低能见度下的紫外光通信试验提供了参考数据。     

远红外无线光通信地-空斜程传输特性研究

随着空中平台的发展,无线光通信在斜向路径的应用需求也逐渐增多,但是大气效应 对当前近红外系统的性能依然有较大影响。针对这一问题,本文提出使用远红外作为地-空 斜程无线光通信系统的工作波长,基于物理模型和弱波动理论对远红外系统在地-空斜程上 、下行链路中的传输损耗、光强闪烁指数和误码率(bit error rate, BER)进行了研究,并对天顶角、大气能见度、 传输距离、系统信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)等影响远红外无线激光通信系统性能的因素进行了数值仿真。结果表 明,在地-空斜程通信链路中,远红外在低能见度的恶劣天气下具有明显的传输优势;在天 顶角大于30°的远距离传输中具有较强的抗湍流能力;且在开关键(on-off keying, OOK)控调制方式下,系统BER随SNR的增大减小迅速。     

非视距紫外光通信系统中霾衰减特性研究

为了研究霾环境下应用紫外光通信的系统特性,研究了霾粒子的物理特性及谱分布特性,利用散射理论分析了霾粒子在日盲紫外光波段的散射特性;并利用经典Luettgen单散射信道模型,研究了霾环境下非视距日盲紫外光传输的路径损耗特性。通过分析路径损耗与通信距离、能见度以及系统角度之间的关系仿真结果,得到了非视距紫外光传输系统中霾衰减的理论特性:在较短通信距离时,系统的路径损耗受天气状况（能见度）影响较大;能见度较好时,通信距离对路径损耗的影响将会突出,实际中应尽量选取能见度大于2 km的天气条件。文中的工作对设计霾天环境下紫外光通信系统及优化系统性能提供了一定的理论参考,同时对系统工程化实现也具有一定的指导意义。     

基于非视线红外激光大气散射通信技术研究

为了实现非视线激光大气散射通信,根据米氏散射理论,建立了非视线通信链路模型,研究了1.06m激光的大气散射通信技术,分析了激光接收功率、激光发射功率、激光发散角、接收视场、探测器灵敏度、发射机倾角、接收机倾角、大气衰减和通信距离的关系,并搭建了试验原理系统,进行了1km距离的散射通信试验,获得了激光散射信号。结果表明,在一定的天气条件下,采用波长为1.06m的红外激光进行信号传输,有望实现远距离的大气散射通信。     

紫外光非视距二次散射信道模型研究

基于单散射信道模型,结合大气散射传输理论,建立了二次散射模型。分析研究了紫外光通信时两种典型情况下的散射相函数,即瑞利散射和米氏散射。通过比较单散射模型与二次散射模型中的脉冲响应,验证了二次散射模型的合理性,并且在二次散射模型中加入了相函数对系统性能的影响,结果验证了紫外光非视距通信的可行性,并且得出不同天气对系统性能的影响,即雾天和雨天对紫外光非视距通信的影响较大。     

Modeling of non-line-of-sight ultraviolet scattering channels for communication

A stochastic non-line-of-sight (NLOS) ultraviolet (UV) communication channel model is developed using a Monte Carlo simulation method based on photon tracing. The expected channel impulse response is obtained by computing photon arrival probabilities and associated propagation delay at the receiver. This method captures the multiple scattering effects of UV signal propagation in the atmosphere, and relaxes the assumptions of single scattering theory. The proposed model has a clear advantage in reliable prediction of NLOS path loss, as validated by outdoor experiments at small to medium elevation angles. A Gamma function is shown to agree well with the predicted impulse response, and this provides a simple means to determine the channel bandwidth. The developed model is employed to study the characteristics of NLOS UV scattering channels, including path loss and channel bandwidth, for a variety of scattering conditions, source wavelength, transmitter and receiver optical pointing geometries, and range.