0 引言
目前,产业界和学术界正积极探索新的可用频谱,以应对传统射频资源危机问题。利用白光光谱的
可见 光通 信(Visible Light Communications, VLC)技术作为一种全新的无线通信范式获得了广
泛的 关注和探索 。该技术 可以重用发 光二 极管(Light Emitting Diodes, LED)照 明基础设施 ,在
为用户提供通用照明的同时,提供无线传输服务。VLC 天然具备免频谱管制、高安全性、强保密性
和超大潜在容量 等诸多特点
[1-4]
。实际上,国际 国内研究团 队正积极将 VLC 引入到室内无 线热点、
车联网和物理层安全等众多热点领域
[5-8]
。
同时必须指出,在现有 VLC 技术方案中,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法向方向,因而难以提
供一致性高的小区覆盖。一类方案希望通过引入多个分布式光源来改善 VLC 的覆盖表现。但上述
方案并不适用于布放位置不足甚至受限的场景。一般来说,未经二次配光的原始 LED 光波束能够
遵循朗 伯光波束模型
[9-11]
。然而 ,对于商用 LED 产品,LED 厂商通常需要对芯片进行二次 封装和
加装反射杯等工序,从而提升产品照明表现,满足具体场景的定制需求
[12-13]
。实际上,诸多商用 LED
光源已呈现出与传统朗伯光波束截然不同的空间波束特性
[14-15]
。与此同时,研究人员初步探索了基
于非朗伯光波束的 VLC 传输特性,展现了一定的覆盖特性和表现增益
[15-17]
。然而,同时包含传统
朗伯及迥异非朗伯光波束的异构配置方案尚未在 VLC 系统设计讨论中获得应有的关注和探索。
基于上述讨论,本文考虑了传统朗伯及非朗伯光波束的辐射特性,并探索提出了基于不同光波束组
合的多种异构配置方案,进而,通过量化仿真对传统朗伯同构配置与本文所提异构发射器配置进行
了量化表现比较。
1 朗伯及非朗伯光波束
从工程实践角度来看,按照 LED 空间辐射特性是否遵循朗伯余弦关系,可将光波束大致分为朗伯
光波束和非朗伯光波束两类。
1.1 朗伯光波束
对于未经二次配光等工序的 LED,其光波束通常属于广义的朗伯光波束。考虑到光度学理论中,辐
射强度是度量并区分不同光波束空间辐射特性的重要基础参量,为便于分析,典型朗伯光波束辐射
强度 I
Lam
的解析表达式可由下式给出
[18]
:
式中:m
Lam
为光波束的朗伯指数,该指数用来指示光源的方向性;θ 为光源所发出光线的出射方向与光源
法向之间的夹角。
图 1 所示为传统朗伯光波束的三维空间辐射特性。