Page 37 - 网络电信2020年5月刊上

光 通 信

其中，Z代表脉冲传输距离，N代表传输介质对于光的折射 目的，在设计构建紫外光通信系统过程中，要尽可能地减小系
率，C代表光速，W 0 代表传输介质的单程散射反照指标，其由大 统发射与接收仰角。
气散射与衰减系数构成，τ代表介质光学厚度值，在紫外光通 综合上述分析，要设计一种低时延的紫外光通信系统，需
信中，其为 1，γ 0 代表一个均方散射角。 要充分考量各种影响因素。尤其在扩大接收视场角过程中，要
根据上述分析可知，当大气环境相同时，紫外光的通信系 对背景光因素予以考虑 ［16］ 。
统几何结构与达到接收机光信号传输路径以及时间有着直接联
系 ［8－10］ 。综上，分析几个和信号传输延迟有影响的参数，以实 2.系统设计
现低时延的紫外光通信系统设计。依据系统整体几何结构参数 一个完整的紫外光通信系统应该包含发射端与接收端。依
存在的差异性，将通信模式做进一步划分，如图1所示: 据紫外光通信特性，在系统设计时要综合考虑发射端功率、体
图 2 紫外光通信系统与 FPGA 内部构成示意图
图 1 紫外光节点之间通信模式示意图

图1中，(a) 代表通信形式1，垂直全向发射和接收，也就
o
是发射端的仰角β T 等于接收端的仰角β Ｒ 等于90 ，且发射视场
o
角θ T 等于接收视场角θ Ｒ 等于45 ; (b)代表通信形式2，斜非全
向发射结合垂直全向接收，则有发射端的仰角β T 大于等于0，
o
o
且小于90 ，接收端的仰角β Ｒ 为90 ，发射视场角θ T 大于等于
o
0，且小于45 ，接收视场角θ Ｒ 为45°; (c)代表通信形式3，斜
非全向发射与斜非全向接收，则有发射端的仰角 βT 大于等于
o
o
o
o
0 ，小于90 ，接收端的仰角β Ｒ 大于等于0 ，且小于90 ，发射
o
视场角θ T 大于等于0，且小于45 ，接收视场角θ Ｒ 大于等于0，
o
且小于45 。
在上述三中通信模式下，分析对传输时延产生影响的各参
数。
(1) 时延与紫外光通信距离
由于大气信号传输的信道对于光有吸收作用，其中能量会
随距离不断增加而减小，损耗会随距离的增大而变大，且不同
发射视场角与仰角均对有效散射区域有着不小的影响 ［11－13］ 。
其中，有效区域与地面的距离越近，那么损耗就会越小，由于
传输距离的均值较小，区域越为集中，则其功耗也就越小，时
延也就会越低。
(2) 时延与视场角度、发射束散角
在接收视场角为指定值时，如果发射视场角不断增大，那
么有效散射的面积也会增大，进而固定时间由发射至接收端产
生的光能量就会增多，功耗就越变小，时延就会变小 ［14－15］ 。
接收视场角对于通信时延产生的影响要比发射束散角大，特别
是在第三种通信形式下。根据上述分析可知，为了减小通信系
统时延，在设计构建紫外光通信系统过程中，需要尽可能地增
加系统发射束散角、接收视场角。
( 3) 时延与发射接收仰角
在第一种通信形式下，发射与接收仰角对于时延产生的影
响非常相近。在第二和第三种通信形式下，发射仰角对于时延
产生的影响要比接收仰角大很多。以减小通信过程中的时延为

64 网络电信 二零二零年五月