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申请/专利权人：中国人民解放军空军工程大学

摘要：一种基于简化IRS的单侧照明矩形巷道可见光通信性能增强方法，具体如下；第一步：计算照明LED灯安装在巷道侧壁上，光接收器配置在使用者的大臂上时获得的光功率，建立无遮挡和有遮挡情况下的接收功率模型；第二步：建立IRS弥补有遮挡情况时的接收功率模型；第三步：IRS位置坐标系转换。本发明方法用于解决地下矩形巷道单侧照明通信过程中物体遮挡导致的通信中断或通信性能不佳问题。本发明通过IRS的反射功能满足了遮挡情况下可见光通信功能实现，相比其它技术方法简化了IRS的控制功能，布置简单。

主权项：1.一种基于简化IRS的单侧照明矩形巷道可见光通信性能增强方法，其特征在于，具体如下：第一步：计算照明LED灯安装在巷道侧壁上，光接收器配置在使用者身上时获得的光功率；该功率分为两种情况：第一种是来自于可见光通信发射器到接收器的直射链路LOS光线；当用户处于这种情况时，通信主要依靠LOS直射链路，该直射链路的信道增益表示为： 式1中，是半功率辐射角，APD是接收器或光电探测器PD的面积，是LED的辐射角，是可见光入射到接收器上的光学滤波器的角度，d是发射器到接收器的距离；光线入射到接收端时首先经过光学滤波器，再通过聚光器聚光，之后进行信息处理；是光学滤波器的折射率，FOV是接收器的光学滤波器的视场角；是聚光器的折射率，f是聚光器的折射率；h1表示LED灯的高度，h2表示接收器的高度，H表示巷道高度，W表示巷道宽度；单个LED灯到接收器的LOS链路接收功率PLOS由公式PLOS＝GLOSPT得到，PT是发射光功率；多个LED灯到接收器的接收功率叠加在一起计算，即LEDs表示多个LED灯的个数；第二种情况是用户换向行走，接收器随之远离LED灯侧，并且由于受到用户身体的遮挡，接收器无法直接接收LED光线，只能接收来自墙面和天花板这些物体对LED灯的反射光线，这部分链路称为非直射链路NLOS；这些反射光功率叠加在一起形成了非直射链路的功率PNLOS，PNLOS表示为 式中，GNLOS表示非视距链路的信道增益；对于墙来说，非视距链路的信道增益GNLOS基本等于墙体反射信道的增益定义为 其中，dar表示LED灯与墙面反射点间的距离，drw表示墙面反射点与接收器间的距离，ρwall表示墙面反射系数；为方便计算，把墙面分成很多个小块，每一块面积表示为dA，第k个小块面积表示为dAk，对墙面反射功率的叠加转化为对多个小块上的积分运算；分别表示从墙面到接收器的辐射角和入射角，分别表示从灯端到墙面处的辐射角和入射角，是光学滤波器的折射率，是接收LED聚光器的折射率；第二步：当用户处于第二种情况时直射链路中断，此时PLOS≈0，为避免通信受阻或中断，在巷道天花板设置IRS对入射光进行反射，弥补直射链路中断情况，保持通信畅通；此情况下非直射链路由接收机周围环境的反射光和IRS反射光构成；来自IRS链路的信道增益表示为 其中，d1是LED到IRS的距离，d2是IRS到用户的距离，ρIRS是IRS的反射系数，是IRS到用户接收器的入射角，是IRS到用户接收器的辐射角，是LED灯到IRS的辐射角，是LED灯到IRS面的入射角，为光学滤波器的折射率，为接收LED聚光器的折射率，IRS反射面由多个小反射面组成；无遮挡情况下安装IRS反射面后接收器处具有3个信号来源，但在单侧照明巷道中，安装在使用者身上的接收器只能接收LOS链路信号或者通过IRS墙面反射的光线，故当接收器在单侧巷道中移动时，可能出现2种情况：①当接收器沿着LED灯侧移动时存在LOS链路，接收信号表示为从LOS信道接收到的信号+从IRS反射信道得到信号+噪声，即 式中，PR1表示可见光接收功率，PN为噪声功率，积分是对多个IRS反射功率的积分；②当接收器反方向移动时LOS链路被遮挡，接收信号表示为从墙面反射得到的信号+从IRS反射信道得到信号+噪声，即 在接收器固定的情况下通过把IRS设置在合适的位置使接收机器的信噪比最大化，获得最好的接收效果；信噪比SNR定义为其中PR为接收信号功率，PN是噪声功率；这里或因为巷道是单侧照明，接收器又是固定到人身体上，所以当人转向时就存在2种不同的接收信号情况，即分为第一接收信号功率PR1和第二接收信号功率PR2两种情况；这里假设PN固定，则maxSNR就是最大化或在接收器位置固定的情况下，GLOS和是确定值，则maxSNR就是最大化由于矩形巷道空间狭小，暂不考虑IRS俯仰角和滚转角等问题，仅仅考虑由于其坐标位置引起的SNR的变化；当IRS安装在天花板上时，xi,yi,zi＝0,0,zi，以接收器的位置作为坐标零点，即0,0,0，坐标系为平面直角坐标系，天花板上的坐标为0,0,zi，xi,yi,zi为IRS在此坐标系中的坐标，在接收器位置固定、PT固定的情况下将最大化接收功率问题转化为求使最大时的zi坐标； LED灯到IRS的入射角定义为 其中，α，β分别为接收器的极角和方位角，xl,yl,zl为LED灯的坐标，xi,yi,zi为IRS的坐标；第三步：坐标系转换；IRS反射面辐射角余弦值表示为 IRS到接收器的入射角定义为 其中，xu,yu,zu为接收器坐标；γ、ω分别为IRS反射面的俯仰角和滚转角；把γ，ω等欧式角转化为地面坐标系，则以上参数表示如下： 当IRS水平安装在矩形巷道的天花板上时，假设IRS不能旋转，则IRS的坐标为0，0，zi，γ＝0，ω＝0，则 把以上参数带入则

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