[发明专利]一种室内可见光通信系统复杂信道冲激响应的计算方法

说明书

本发明公开了一种室内可见光通信系统复杂信道冲激响应的计算方法，包括：将LED光源的辐射区域在立体角的层面上进行均匀划分；并且在每个划分好的立体角元发射光线；通过没有被遮挡的光线的方向信息，计算出障碍物遮挡住光源辐射区域的立体角大小并估计出障碍物所在平面的平面系数，得到障碍物的点云模型；进而，运用Jarvis步进法，求解障碍物点云的凸包模型；将障碍物凸包与光子碰撞模型相结合，得到判定光线是否被障碍物遮挡的矩函数；将矩函数与信道冲激响应的递归算法相结合，得到复杂室内可见光信道的冲击响应的计算方法。该方法使得对于可见光通信信道的估计更加切合实际情况，也更加精确。

技术领域

本发明属于可见光通信技术领域，具体为一种考虑室内障碍物(家具，人等)的影响，结合递归算法与光线追踪法，对室内可见光通信系统的信道冲激响应计算的方法。

背景技术

可见光通信采用白光LED作为光源，利用LED灯光承载的高速明暗闪烁的信号来传输信息，实现了在照明的同时起到通信的作用。并且如今在无线通信领域，电磁波频谱资源日益紧缺，人们需要及时去拓展下一代的通信频谱，可见光就是一个很好的选择。此外可见光通信有着保密性强；无电磁辐射，且不干扰射频信号；能耗低，环保；频谱无需授权；兼具照明，通信，定位的功能等优点，使得可见光通信越发受到人们的关注。

在无线通信领域，在信息传输的过程中，对于信道的估计尤为重要。可见光通信技术发展至今，人们已经提出了很多关于信道冲击响应的计算方法。其中，递归算法与光线追踪法的提出可以有效地计算出空房间内系统的信道冲击响应，但在实际的场景中，室内信道中存在很多障碍物，会对光线的传播产生影响。

目前的问题在于：室内信道中障碍物的尺寸相对于室内空间较大，且数量较少，运用统计模型会产生较大的偏差；并且统计模型中障碍物往往被限定为特定形状，这些均会对信道的估计产生较大的误差。因此，如何对信道中任意位置、形状和大小的障碍物进行准确描述是当前急需解决的重要问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于基于LED光源本身的探测，运用凸包模型，对室内可见光通信信道中任意位置、形状和大小的障碍物进行准确描述，并将其与传统信道冲击响应结合，得到室内可见光通信系统复杂信道冲激响应的计算方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种室内可见光通信系统复杂信道冲激响应的计算方法，包括下述步骤：

1)将LED光源的辐射区域在立体角的层面上进行均匀划分；并且在每个划分好的立体角元发射光线；

2)通过被遮挡光线的方向信息，计算出障碍物遮挡住光源辐射区域的立体角大小，从而可以估计出障碍物所在平面的平面系数，最后得到障碍物的点云模型；进一步，为了简化模型，运用Jarvis步进法，求解障碍物点云的凸包模型；

3)将障碍物凸包与光子碰撞模型相结合，得到判定光线是否被障碍物遮挡的矩函数；将矩函数与信道冲激响应的递归算法相结合，得到室内可见光复杂信道冲击响应的计算方法。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：

进一步，步骤1)中，对LED光源辐射区域在立体角上的均匀划分如下：

将LED光源的辐射区域视为一个半球，球面上相同面积的区域所对应的立体角的大小是相同的；因此在垂直于xoy面和平行于xoy面的方向上各取极小距离dR,dL，结合球面坐标系可得到一个立体角元所对应区域的两条边的长度Δθ，Δφ；从而可以将LED光源辐射区域进行划分。

进一步，步骤2)中，障碍物点云坐标计算方法如下：

2a)若在LED光源处发射的光线数量为M，在接收端接收到的光线数量为N，则可以表示出光源被障碍物遮挡区域的立体角；