可见光通信的误码率空间分布,信噪比空间分布matlab仿真
Posted fpga和matlab
tags:
篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了可见光通信的误码率空间分布,信噪比空间分布matlab仿真相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
up目录
一、理论基础
可见光通信技术(Visible Light Communication,VLC)是指利用可见光波段的光作为信息载体,在空气中直接传输光信号的通信方式。可见光通信技术绿色低碳、可实现近乎零耗能通信,还可有效避免无线电通信电磁信号泄露等弱点,快速构建抗干扰、抗截获的安全信息空间。未来,可见光通信也将与WiFi、蜂窝网络(3G、4G、甚至5G)等通信技术交互融合,在物联网、智慧城市(家庭)、航空、航海、地铁、高铁、室内导航和井下作业等领域带来创新应用和价值体验。
可见光无线通信是以LED为载体,在不影响正常照明前提下,将信息通过调制器进行调制后,将数字信号载频到LED灯具上,利用LED发出快速的光脉冲无线传输信息。接收端利用光电转换器(PD)接收含有信息的可见光,并转换为电信号,然后进行滤波、整形和放大,并从中解调出相应的模拟信息。如果需要双向传输(即下行和上行)或多路传输,则需要进行频谱区分或多路取样调制,并加入同步识别信号和同步检测信号。对于可见光通信基站,通过信号源连接线将各个基站并联连接,在只有下行信号传输系统中,无“信息接收部分”,只能通过“信息发射部分”将光信号下行,由带有光电接收器/信号解调器的电脑或手机接收。
可见光通信技术(visible light communication,VLC),是利用发光二极管(light emitting diode,LED)等可见光光源发出肉眼难以分辨的高速明暗变化光信号来传输信息。如图1所示,以二进制开关键控(On-Off keying,OOK)信号传输为例,如果让光强“亮”代表数字通信中的“1”,让光强“暗”代表数字通信中的“0”,则可见光通信系统的调制深度决定了灯光的“明”、“暗”状态变化的大小。可见光通信系统的通信速率则影响灯光的“明”、“暗”状态变化的快慢。因为人眼有视觉残留,对于老式电感整流的日光灯的 50 Hz 工频闪烁都不大敏感,通常液晶显示器的刷新频率做到 75 Hz 就已经算高端了。对于可见光通信系统来说,只要调制深度较浅、通信速率较高,则通信时人眼就感觉不到这种光强的变化,但是电子设备却能检测到这些微弱的光强变化实现数字通信,这就是可见光强度调制方式的通信原理。灯泡、电视机背光源等LED器件能在不影响原有照明、显示功能的前提下实现无线通信功能,这的确是一件令人兴奋的事情。于是,科研人员不断努力提高LED器件的通信速率、系统的稳定性,大众则期待未来用一盏照明灯提供照明、通信甚至无线供能等诸多服务。众所周知,为了实现高速通信,通信技术从电通信演进到了光通信;为了实现移动通信,通信技术从有线通信演进到了无线通信。可见光通信作为一种无线光通信技术,它兼具了光通信的高速以及无线通信的灵活这两大优点,加上“可见”带来的操控便捷性,使其成为了一项备受期待的无线通信新技术。
二、核心程序
[length,width] = meshgrid(0.5:0.05:5);
height = 3;
q=1.602176487E-19;
Aroom = length.*width;
ARX = 50;
d = 3;
psi = 30; %入射角
psic = 70; %接收机视角
no_of_LEDs = 4;
phi_half = 60;
pLED = 0.02;
Ro = real(RO(phi_half)); % Lambertian radiant intensity, Ro
ptx = pLED*Ro;
reflectivity_of_floor = 0.15;
reflectivity_of_ceiling = 0.8;
reflectivity_of_wall = 0.7;
floor_area = Aroom;
ceiling_area = Aroom;
wall_area = length*d;
pTotalLEDs = no_of_LEDs*pLED;
g = 6;
TF = 1;
noisebandwidth_factor = 0.562;
dataRate = 115200;
R=0.55;
hlos = HLOS(ARX,d,psi,psic,Ro); % Line-of-sight transfer function, H_LOS
pn = 3.3*5.84E-3;
prxlos = PRXLOS(no_of_LEDs,ptx,hlos); %Total power of LEDs, PrxLOS
amplifier_current = 0.01;
Ba = 4.5E6;
rhoF = floor_area .* reflectivity_of_floor;
rhoC = ceiling_area .* reflectivity_of_ceiling;
rhoW = wall_area .* reflectivity_of_wall;
rho = (1./Aroom) .* (rhoF + rhoC + rhoW);
Ii = rho .* (pTotalLEDs./Aroom);
intensity = Ii./(1-rho);
received_diffused_power = ARX*intensity;
diffused_channel_loss = received_diffused_power/pTotalLEDs;
prx = (prxlos+received_diffused_power)*TF*g;
PDoutput_current = prx*R;
Bn = noisebandwidth_factor*dataRate;
omegashot = 2*q*R*(prx+pn)*Bn;
omegaamp = amplifier_current^2*Ba;
omegatotal = omegashot + omegaamp;
%Signal-to-Noise Ratio
SNR = (R*prx)^2./omegatotal;
SNRdb = 10*log10(SNR);
% Error Function
Q = (1/2)*erfc((omegatotal./(R*prx.^2)./sqrt(2)));
% Bit Error Rate
BER = Q*sqrt(SNR);
% Plot 3D
meshc(length,width,SNRdb)
figure(2)
meshc(length,width,BER)
up101
三、测试结果
在matlab2021a中仿真得到如下的效果:
以上是关于可见光通信的误码率空间分布,信噪比空间分布matlab仿真的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章