针对室内可见光通信的特点,选择复合抛物面聚光器作为可见光通信系统光学天线,介绍了复合抛物面聚光器的几何结构和光学特性,利用光学仿真软件Trace Pro对复合抛物面聚光器进行了设计、建模与仿真.通过对不同光源条件下复合抛物面聚光器聚光特性的仿真发现:在光源为朗伯辐射模型时复合抛物面聚光器的聚光性能更好,且视场角越小增益越高;但接收端与光源的相对位置对小视场复合抛物面聚光器的实际增益有明显影响,在仿真条件下,视场角为10?的复合抛物面聚光器实际增益为22.88,比理论值降低了31%.在此基础上,在一个5 m×5 m×3 m的房间中对采用复合抛物面聚光器为光学天线的室内可见光通信系统进行了建模,分别得到了直射链路和非直射链路下房间内各个位置的光功率分布.仿真结果表明,采用一个视场角为60?的复合抛物面聚光器为光学天线,两种链路下平均接收功率分别提高了4.29 d Bm和4.77 d Bm,非直射链路比直射链路的平均接收功率提高了11.2%.
针对室内可见光通信系统的传统光学接收天线无法同时满足高增益和大视场的问题,设计了一种二级级联式光学天线.通过分析信噪比、通信速率与接收天线视场角的关系,发现视场角为40?—60?的光学天线最适用于室内可见光通信系统.通过光学仿真软件Trace Pro的模拟及计算,给出了所设计的二级级联式光学天线的增益随信号光入射角的变化关系.结果表明,相较于传统接收天线,二级级联式光学天线具有更好的光学性能,视场角为菲涅耳透镜单独接收时的4倍.利用Matlab对二级级联式光学天线竖直向上时的接收功率分布进行仿真,结果显示探测器接收到的信号功率提升效果明显,平均值较直接探测时增大了7 d Bm,进一步证实该二级级联式光学天线适用于室内可见光通信系统.
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