在高速可见光通信信道特性下多LED阵列点源模型的精度研究

      室内可见光通信（VLC）技术旨在利用基于LED的基础设施在完成基本照明功能外可以进行可靠的数据传输。截至目前为止，许多相对成熟的射频技术已经应用在各种各样的室内VLC系统来获得较好的增益。由于一个LED灯发射端功率是有限的，在实际系统中，我们必须应用LED阵列才可以确保照明区域（整个室内环境）被完全覆盖。在这些工作中，VLC建模是展示其各自物理特性的一个重要部分。在建模的过程中，根据VLC系统的光源分布会产生很多简化方法。在典型的VLC信道建模中，每个阵列通常被视为一个单一的点源。这种简化的方法可以达到较低的复杂度，但是，在某些情况下，这种简化方法会造成建模中的误差。本次研究就不同的LED阵列近似方案进行了比较，分别研究了其信道特性。

图1. 光链路损耗(OPL)                           图2. 传输带宽                                                      图3. 均方根时延扩展眼图对比

研究结果表明，信道的光链路损耗（OPL），3dB带宽以及时延扩展的偏差会随着LED分布个数平稳增长，直到发光二极管几乎遍布整个天花板。即使在最坏的情况下，OPL的偏差仍保持在0.41dBo以下，3dB传输带宽的误差小于1.67MHz。在发送端结构为60×60的LED阵列时，3dB带宽最高偏差仍低于7%。然而，对于均方根（RMS）时延扩展却会可以达到1.88ns。此外，在RMS时延扩展的空间分布方面，简化的点光源模型和不同发射端结构之间有不可忽视的差异。在最坏情况下，RMS时延扩展的偏差可以达到40%；而这么大的偏差只有在LED阵列大小适中的情况下才可以被接受。总之，虽然通常场景下都会将LED阵列简化为一个单一的点光源，但这种简化方法带来的延迟扩展误差是很大的，不容忽视。