对于非视距紫外线通信链路,通道的简单明了的参数表达式(PE) 在典型情况下,路径损耗对于链路性能分析非常有价值。 据观察,在散射体积可以使用线积分来近似。 结合曲线拟合散射阶段函数和积分均值定理,我们提出了一个简单但高度精确的PE。 搭配得很好蒙特卡罗仿真,用于典型的基于LED的小光束发散(<45°)通信; 当光束发散角小于10°时,在大多数几何条件下它们的差异小于1 dB。 拟议的PE也显示出与我们的室外实验测量结果良好的一致性,并且文献中有实验结果。 ### 紫外线单散射通道的简化模型和实验验证 #### 研究背景与意义 近年来,随着深紫外(UV)发光二极管(LED)技术和太阳盲探测器技术的快速发展,非视线(NLOS)紫外线通信技术受到了越来越多的关注。在200-300纳米波长范围内,散射现象比更长波长更为明显。然而,大气中的联合散射和吸收导致接收到的信号远弱于视线(LOS)通信,这使得非视线紫外线通信的通道路径损耗(CPL)对信道容量和通信性能具有显著的影响。 #### 研究方法与模型建立 针对非视线紫外线通信链路,本研究提出了一种简化而准确的参数表达式(PE),用于描述通道路径损耗。该模型的建立主要基于以下三个步骤: 1. **散射体积内的能量近似**:研究发现,散射体积内的光线能量可以通过线积分进行近似计算。这一发现为简化模型的构建提供了基础。 2. **散射相位函数的曲线拟合**:通过对散射相位函数进行曲线拟合,可以更好地理解和表征散射过程。这种方法有助于提高模型的准确性。 3. **积分均值定理的应用**:结合积分均值定理,进一步优化了模型的数学表达形式,使其既简单又高度准确。 #### 实验验证与模拟对比 为了验证所提出的简化模型的有效性和准确性,本研究进行了以下几个方面的实验和模拟工作: 1. **蒙特卡罗模拟**:采用蒙特卡罗模拟方法,对典型的基于LED的小光束发散(<45°)通信进行了模拟。结果显示,当光束发散角小于10°时,在大多数几何条件下,模型预测与模拟结果之间的差异小于1 dB。 2. **室外实验测量**:通过室外实验测量,进一步验证了简化模型与实际环境下的数据一致性。实验结果表明,模型与实际测量结果之间有良好的一致性。 3. **文献中的实验结果比较**:将模型预测结果与现有文献中的实验结果进行比较,进一步验证了模型的有效性。 #### 研究贡献 本文的研究成果为非视线紫外线通信领域提供了一个实用且高效的模型,有助于深入理解散射现象对通信性能的影响,并为实际系统的部署和优化提供了重要的参考依据。具体来说,本研究的主要贡献包括: - **简化模型的提出**:通过结合散射体积内能量近似、散射相位函数曲线拟合以及积分均值定理,成功地构建了一个简化而准确的通道路径损耗模型。 - **理论与实践的紧密结合**:通过蒙特卡罗模拟、室外实验测量以及与文献中的实验结果比较,充分验证了模型的有效性和准确性。 - **对通信系统设计的意义**:本研究为非视线紫外线通信系统的设计提供了理论支持,有助于优化系统性能并提高通信效率。 #### 结论 本文提出的紫外线单散射通道的简化模型不仅为非视线紫外线通信链路的性能分析提供了一个有效的工具,而且其在理论上的准确性和实验验证的一致性证明了该模型的实用性。这对于推动紫外线通信技术的发展具有重要意义。未来的研究可以进一步探索更复杂的散射场景,以拓展模型的应用范围。
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