室内可见光通信系统的性能分析与误码率仿真研究-基于Lambertian直射信道模型与参考噪声地板方法
摘要：可见光通信（Visible Light Communication, VLC）作为一种融合照明与通信功能的新型无线通信技术，在室内短距离高速通信场景中具有广阔的应用前景。针对室内可见光通信系统中链路距离变化及信道特性对系统误码率性能的影响，本文基于 Lambertian 直射（LOS）信道模型，建立了一套完整的室内 VLC 系统仿真框架，对系统的误码率（Bit Error Rate, BER）性能进行了系统分析与仿真研究。
作者：Bob(原创)
项目概述
可见光通信（Visible Light Communication, VLC）作为一种融合照明与通信功能的新型无线通信技术，在室内短距离高速通信场景中具有广阔的应用前景。针对室内可见光通信系统中链路距离变化及信道特性对系统误码率性能的影响，本文基于 Lambertian 直射（LOS）信道模型，建立了一套完整的室内 VLC 系统仿真框架，对系统的误码率（Bit Error Rate, BER）性能进行了系统分析与仿真研究。
在所构建的系统模型中，发射端采用单极性 OOK 强度调制方式，并考虑 LED 有限带宽引入的低通特性；信道部分采用 Lambertian 辐射模型对室内直射光链路进行建模；接收端基于光电探测器进行电流域信号检测，并结合背景光电流与加性高斯噪声进行建模。为避免噪声功率随信道增益变化而引入的混淆，本文引入了一种参考噪声地板方法，即在参考距离处按给定 𝐸𝑏/𝑁0对噪声强度进行标定，并在距离扫描过程中保持噪声功率不变，从而更加直观地分析链路衰减对系统性能的影响。
在上述模型基础上，分别开展了误码率随𝐸𝑏/𝑁0变化以及误码率随链路距离变化的仿真分析。仿真结果表明，在固定链路距离条件下，系统误码率随𝐸𝑏/𝑁0的提升呈现出与理论基准一致的下降趋势；在固定参考噪声地板条件下，随着链路距离的增大，信道增益显著衰减，系统有效信噪比降低，误码率性能明显恶化。相关结果验证了所建立仿真模型的合理性，并为室内可见光通信系统的链路设计与性能评估提供了参考依据。
系统设计
本文构建了一种基于 Lambertian 直射信道模型的室内可见光通信系统仿真模型，采用 OOK 强度调制与直接检测方式，并在参考距离处进行噪声标定以分析系统误码率性能。
图1 系统整体流程图
硬件配置
该系统硬件配置如上，如果您的电脑配置低于下述规格，运行速度可能会与本系统的存在差异，请注意。
表1 惠普(HP)暗影精灵10台式整机配置(系统硬件配置)
软件环境
对本实验所需的各类软件及工具的基本信息进行了清晰汇总。
表2 系统软件配置(真实运行环境)
运行展示
运行main.m
图2 固定链路距离条件下室内可见光通信系统误码率随 𝐸𝑏/𝑁0变化曲线（OOK）
注：仿真结果与理论 AWGN 参考曲线进行对比；空心标记表示在有限比特数条件下的 95% 置信上界（3/𝐿），其中 𝐿=99980。
图3 固定参考噪声地板条件下室内可见光通信系统误码率随链路距离变化曲线（OOK）
注：噪声功率在参考距离 𝑑0=2.15d =2.15 m 处按 𝐸𝑏/𝑁0 =20 dB 进行标定，并在距离扫描过程中保持不变；空心标记表示有限比特数条件下的 95% 置信上界（3/𝐿，其中 𝐿=99980）。