26、室内光无线通信系统性能分析

室内光无线通信系统性能分析

1. 室内光无线通信（OWC）概述

OWC 是一种适用于短距离应用的替代互补技术，能提供较高的数据速率，满足基于多媒体服务的需求。与基于射频（RF）的蜂窝系统不同，由于光信号局限于室内，相同的波长（频率和带宽）可在相邻房间复用而无干扰。然而，室内 OWC 链路存在两个主要问题：
- 衰减 ：会降低接收器（Rx）的信噪比（SNR）。
- 多径色散 ：限制了最大传输数据速率。

此外，OWC 系统的设计还受自然（阳光）和人造（灯具）噪声、遮挡以及不透明障碍物和人员阻挡的影响，与 RF 链路相比，其范围受限且性能下降。荧光灯在 780 - 950 nm 光谱带发射强烈，与可见光通信（VLC）频段重叠，电子镇流器驱动的荧光灯的电频谱可达 MHz 范围，这是基于红外链路的主要问题，但此类光源正在逐步淘汰。无论是视距（LOS）还是非视距（NLOS）链路都会受到干扰，前者在多输入多输出（MIMO）系统中干扰普遍，后者则是由于多径传播，限制了最大可实现的传输数据速率 (R_b)。多径引起的码间干扰（ISI）还会导致额外的功率损耗（SNR 降低），且随 (R_b) 呈指数增加。

2. 环境光源对室内 OWC 链路性能的影响

在典型室内环境中运行的红外收发器会受到来自自然和人造光源的强烈环境光影响，导致严重的性能下降。背景辐射的平均功率会产生散粒噪声，可准确建模为白色、高斯且与接收信号无关。人造环境光源还会产生周期性干扰信号，严重影响链路性能。其中，电子镇流器驱动的荧光灯在 780 - 950 nm 范围内光谱分布高，产生的干扰信号包含开关频率的谐波，可延