1、非視距紫外線通訊(tngxn)中的一種(y zhn)參數單散射信道模型摘要(zhiyo) 近年來，紫外線半導體源和探測器的發展引發了很多在短程紫外線通訊的重大研究活動，特別是，由于大氣散射在非視距信道條件下的短程紫外線通訊。然而，散射信道包含了光子和大氣粒子復雜的相互作用。本文提出了一種參數化的信道模型，這種模型大大簡化了信道特性。對于短距離鏈接，單散射可能在某些情況下占主導地位。我們用伽瑪函數以及其變種來做信道脈沖響應的模型，以便更好地適應一個廣泛采用的單散射模型分析的預測。我們采用歸一化均方擬合誤差來驗證我們的參數化模型。隨后研究在不同的幾何鏈接設置情況下的路徑損耗和信道帶寬。關鍵詞：參數

2、化建模，日盲，紫外線通訊，非視距，信道脈沖響應介紹 自從幾十年前紫外線技術被研究以來，紫外線技術已經得到了新的發展。例如，見綜合調查1 。這一技術的應用，包括通信和傳感器網絡2，3 。深紫外線發光二極管（LED）代替了激光/燈/閃光管，它可作為一資源來建設短程鏈接。這種鏈接擁有低功耗，易于操作和維護、小型化的優勢。相應的測試臺和實驗的報道4，5，6 。由于日盲和媒介的顯著波散射，使戶外非視距紫外線通信在日盲波長（200280納米）范圍內是可實現的。紫外線探測器可以設計成包含一個大面積偵測系統(FOV)，以最大限度地提高信噪比（SNR）和系統性能。同時，紫外線散射放寬嚴格的瞄準和跟蹤技術要求與視

3、距（LOS）鏈接有關。因此,它提供了靈活的鏈接設置。 紫外線低大氣傳輸可以進行單個或多個散射。van de Hulst7聲稱當0.1 時單散射在光傳播中是普遍存在的，是光深度被定義為散射系數和光波段范圍的乘積。對于短距離紫外線的鏈接，如果發射器和接收器的頂角對傳播距離影響不大，這種假設是成立的。基于單散射的假設,Luettgen研究開發了一種普遍解析模型，一個點對點的非視距UV信道8，源自Reilly9的論文。從某種意義上說，該模型涉及到復積分，有時會增加復雜的計算并隱藏了信道性能的直觀信息。 作為替代方案，我們選擇一個簡單的參數化模型，使得允許高保真擬合優度檢驗。通過在湍流下光強度的的概率密

4、度分布函數10（pdf）建造模型的成功，這種發展是有積極性的。該模型采用了聯合伽瑪函數和拉蓋爾多項式。通過將提出的參數化模型和分析模型8之間的匹配誤差達到最小化，可以求出伴隨模型參數。 本文的安排如下。在第二部分，溫習單散射模型8。第三部分介紹我們的參數化模型。在第四部分，進行信道建模性能評估(pn )。結論在第五部分。2單散射(snsh)模型解析 本部分描述了一般(ybn)非視距配置的單散射模型8。它可能適用于一種短距離通信信道，通信范圍是消光長度的一小部分。對于非視距系統，發射器和接收器的安排如圖1所示。該模型的基本假設是，在發射器光束中的光子將散射到接收器的視場。該模型將探測器接受強度作

5、為幾何函數系統（發射波束寬度和仰角， 探測器視野（FOV）和仰角，與發射器和接收器，距離等），大氣散射和吸收性能。 單散射模型是基于一個橢球坐標系統，如圖2所示。空間中的每個點由徑向坐標（極坐標），角坐標,方位坐標定義。這個坐標系統的一個優點是，焦點和任何給定表面點的距離總和是一個常數。此屬性表示該橢球的表面可以被認為是等時的表面。這意味著，所有單散射輻射總在特定時間到達接收機只需要在給定下的積分。 我們定義參數如下(rxi)，參考圖1和圖2。設t為發射機（Tx）圓錐體的立體角，設r 為Tx和Rx的基線分離，分別設r1 和 r2為 Tx和 Rx的常見體積(tj)距離。設和分別為Tx的 一半波束

6、角和Rx的一半視場角，設1和2為Tx和Rx焦點的角度（這一點可與海拔，指點或頂角(dn jio)互換）即水平軸和每個軸之間的角度。設為ke消光系數，此系數與散射系數ks和吸收系數ka有聯系，它們的聯系是ke=ks+ka。設為散射角，Ar為接受孔徑的面積，為散射相位函數。 假設能量脈沖Qt在發射器整體錐形上在t=0時均勻的發射到均勻的散射吸收介質里。該系統幾何量決定了發射器和接收器的共同量，由于這個原因單散射光子可以到達接收器。為簡單起見，假設，該發射器和接收器的軸在同一個平面（共面），因此在坐標下積分量是對稱的。在時間t時接收單散射功率用公式（1）表示。在（1）中，函數G.定義這篇論文8中。通

7、過時間積分運算出探測器的接受能量。由接受能量與發射能量之比計算出路徑損耗。3. 參數化擬合模型 對于參數化建模，伽瑪函數及其修改版本被選定為脈沖響應的匹配函數。下面有兩種擬合模型分別由（2）式和(3)式表示。上式中， ()是伽瑪函數(hnsh)，Ln (t)是n階拉蓋爾多項式， 和 cn是標量元素。我們也稱(3)式為調制伽瑪函數。在模擬中，我們運用這兩個參數模型，以適應理論模型（1）的最小平方匹配誤差項。匹配后，我們才能在我們的擬合模型中得到(d do)未知參數，然后評估模型的性能。 舉一個例子，讓我們考慮一個特定(tdng)的幾何模型：r=100 m, = =150, 1= 2=450, k

8、s=0.49/km, ka=0.74/km.同時，包含不同的相位函數以滿足不同的建模假設。各向同性，瑞利散射和米式散射的相位函數分別給出為： 應用這些輸入并減小(2)和（1），（3）和（1）的誤差，我們可以得到圖3中不同相位函數的模型參數和最終信道脈沖響應。 可以看出，在一段時間延遲大范圍傳播的的擬合優度檢驗是令人滿意的，雖然每個尖峰(jin fn)和尾部有明顯的輕微不匹配。根據模擬結果，我們也得到兩個參數模型的均方誤差（MSEs）：伽瑪擬合(n h)0.0003和0.00025用于調制伽瑪擬合。因此兩個模型都產生了低均方誤差。 從每個參數模型，我們可以很容易地獲得信道的頻率響應和3 dB帶寬

9、。在瑞利相函數的情況下，我們計算了以伽瑪擬合(n h)模型為基礎的3 dB帶寬。通過擬合過程，我們可算出在（2）式的參數如下：=0.0347, =2.6506, =0.134。 它的傅里葉變換Hg(f)是：由此，伽瑪擬合模型為基礎的3 dB帶寬是： 利用我們擬合模型的上述數值，我們可以得到約為2.5兆赫的3dB帶寬。同樣，應用同樣的方法，我們也可以推導出調制伽瑪擬合模型的帶寬。4. 非視距紫外線信道的路徑損耗 非視距紫外線通信線路涉及各種現象，包括由分子和氣溶膠造成的散射和吸收。此外，大氣湍流可能引入一些信道建模的復雜性情況。信道脈沖響應和頻率響應有助于了解什么是劇烈的瞬時脈沖擴展和頻譜擴展。

10、它們是選擇系統設計參數的關鍵，如選擇數據速率、調制與解調方案。信道特性也包含路徑損耗，它是鏈路預算分析的基礎。基于單散射模型的分析，我們計算在非視距紫外線鏈接的傳播路徑損耗的關鍵參數(Tx 和 Rx的仰角, Tx的光束帶寬Rx的視野） 舉個例子，我們假設=7.50, =150, 1= 2=450, ks=0.49/km, ka=0.74/km, Ar=1cm2.接收機接收到的總能量通過下式可以計算：圖4顯示的是在范圍101000m的路徑損耗，只改變(, 1, 2)四個角度，其它元素不變。 對于短距離鏈接，我們可以預料(ylio)，傳輸損耗與光波(gungb)段范圍是成反比的。基于不同(b tn

11、)的鏈路配置，我們可以看到，接受能量對和2不敏感，但對和1敏感。因此我們可以為系統設計增加一個寬視場檢測器，忽略發射機光束帶寬。5. 結論和未來的工作 以單散射理論模型為基礎，參數擬合模型提出了簡化模型和系統分析。包含三種相位函數來檢查它們的影響。對于短距離，計算出了不同幾何構型的傳輸路徑損耗和敏感參數。 有許多(xdu)物理參數，將有助于完善紫外線的非視距通信信道的性能。繼續努力(n l)全面研究散射信道的性能是有必要的，例如，長范圍內多重散射信道模型，大氣湍流和實際相位函數。分析信道特征(tzhng)結果將提供給通信系統設計寶貴的指導。內容總結（1）非視距紫外線通訊中的一種參數單散射信道模型摘要 近年來