[发明专利]一种紫外光通信非视距链路中单次散射路径损耗的近似计算方法

说明书

一种紫外光通信非视距链路中单次散射路径损耗的近似计算方法，针对实际应用场景，根据紫外光非视距通信系统的发送端束散角和接收端视场角的大小关系，分情况讨论了路径损耗的计算方法，并将发送端光束与接收端视场的交叠区域近似成一摞圆盘子，从而简化了路径损耗的积分表达式，采用Gauss‑Legendre求积方法，进一步得到了路径损耗的闭合表达式，进而可针对不同发射机与接收机的几何设置(包括发射机与接收机的方位角，倾斜角，以及它们之间的间隔距离)，估计接收端可以收到的紫外光能量，从而得到接收端的信噪比，并利于针对紫外光非视距通信系统的实际情况进行合适且有效的通信信号处理设计以及通信协议的规划。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，涉及紫外光通信中的路径损耗，特别涉及一种紫外光通信非视距链路中单次散射路径损耗的近似计算方法。

背景技术

紫外光通信是指使用紫外光频段进行通信的技术。非视距链路指的是发送端与接收端不存在直视链路，即发送端和接收端相互无法看见。

由于紫外光通信非视距链路通常包含多次散射情况，其路径损耗计算方法复杂，没有准确的理论计算表达式。实验和仿真结果表明，通常情况下，包含多次散射的非视距链路的路径损耗通常由第一次散射导致的路径损耗决定。因此在理论分析中，常常将紫外光通信非视距链路的路径损耗近似为单次散射路径损耗，以便于理论分析。目前，单次散射路径损耗的准确理论表达式包含三重积分，模型比较复杂，且没有闭合表达式，不利于紫外光非视距通信系统分析、规划和设计。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种紫外光通信非视距链路中单次散射路径损耗的近似计算方法，针对实际应用场景，根据紫外光非视距通信系统的发送端束散角和接收端视场角的大小关系，分情况讨论了路径损耗的计算方法。并将发送端光束与接收端视场的交叠区域近似成一摞圆盘子，从而简化了路径损耗的积分表达式。采用Gauss-Legendre求积方法，进一步得到了路径损耗的闭合表达式。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种紫外光通信非视距链路中单次散射路径损耗的近似计算方法，表达式为：

其中，PL即路径损耗(path loss)。

路径损耗的计算是通信系统设计第一步，得到单次散射路径损耗后，在实际工程中，可针对不同发射机与接收机的几何设置(包括发射机与接收机的方位角，倾斜角，以及它们之间的间隔距离)，估计接收端可以收到的紫外光能量，从而得到接收端的信噪比。此外，本发明提出的单次散射路径损耗的近似计算方法相比现有的精确模型简单，容易定性分析与定量计算路径损耗与发射机和接收机之间几何设置的关系，且计算复杂度低，计算效率高，从而有利于针对紫外光非视距通信系统的实际情况进行合适且有效的通信信号处理设计以及通信协议的规划。

与现有技术相比，本发明近似计算方法更加简单，计算复杂度低，但精度更高。

附图说明

图1是紫外光通信系统非视距链路的单次散射示意图。

图2是Tx光束的束散角小于等于Rx视场的视场角时的近似模型示意图。

图3是Tx光束的束散角大于Rx视场的视场角时的近似模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明提出了一种新的紫外光通信非视距链路中单次散射路径损耗的近似计算方法，可以大幅度提高计算效率，并且保证计算精度。

如图1所示，紫外光系统包含一个发射机Tx，位于坐标(0,r,0)的位置，以及一个接收机Rx，位于坐标原点。同时假设Tx所发出的光束(Beam)与Rx的视场(FOV)均为一个圆锥，Tx所发出的光束轴线指向的单位方向向量：