雨天对CPPMLED光通信系统误码率的影响及解决方案

（一）系统设计

图4-11 为雨天LED 交通灯与车辆间通信的系统模型。

图4-11　雨天LED 交通灯与车辆间通信的系统模型

（二）雨天对可见光的衰减

雨天是我们再熟悉不过的天气的了，雨有大有小，定义其大小的变量叫做降雨量。降雨量是指从天空降落到地面上的雨水，未经蒸发、渗透、流失而在水面上积聚的水层深度，一般以mm 为单位，它可以直观地表示降雨的多少。气象学中常有年、月、日、12 小时、6 小时甚至1 小时的降水量，通常用日降雨量衡量。通常我们认为一天时间里所下雨的多少，叫作日降雨量，单位为mm。表4-6 为降雨量的等级表。

表4-6　降雨量等级表

雨对可见光的衰减同样对波长不敏感[209]，其模型近似表示为：

式中，R 表示降雨量，单位为mm/24h。

（三）系统仿真与分析

1.雨天信道信噪比仿真

仿真时选取日降雨量，在雨天降雨量为5mm，12.5mm，40mm，70mm，220mm 的条件下，分别测试不同距离下该可见光通信仿真系统信道的信噪比。仿真参数如表4-4 所示。仿真结果如图4-12 所示，横坐标为距离大小，纵坐标为信噪比。距离取值0m 到90m，步长1m。

图4-12　不同降雨量下信噪比与距离曲线

从图4-12 可以看出，当降雨量一定时，随着距离的增大，信噪比先增大后减小；当距离相同时，随着降雨量的增大，信噪比减小；降雨量愈大，信噪比对距离的变化越敏感。(www.xing528.com)

2.混沌扩频码一定，不同能见度误码率与距离关系

在混沌扩频码长度为16，在雨天降雨量为5mm，12.5mm，40mm，70mm，220mm 的条件下，同一降雨量进行蒙特卡罗1000 次实验，随机发送长度为16bit 信息码，分别测试不同距离下该可见光通信仿真系统的误码率。扩频和解扩时所用Logistic 映射的初始值（即密钥）均为0.289999，仿真结果如图4-13 所示，横坐标为距离大小，纵坐标为误码率。距离取值2~90m，步长2m。

图4-13　不同降雨量下误码率与距离曲线（密钥一致）

从图4-13 可以看出，从图中可以分析，小雨下的误码率<中雨下的误码率<大雨下的误码率<暴雨下的误码率<特大暴雨下的误码率，不同情况下有效通信距离d 跟能见度成正比，同时可以看出雨天随着降雨量的增加（雨越大）误码率越高，其对LED 光传输时衰减程度就越大。

由图4-12 和图4-13 可以总结出在雨天室外LED 交通灯工作区间，如表4-7 所示。从表4-7 可以看出随着降雨量的减小，LED 交通灯通信距离区间越大。

表4-7　雨天工作区间

3.降雨量一定，不同距离误码率与扩频码关系

在降雨量为12.5mm（中雨），距离为3m，7m，70m，73m 和82m 的条件下，同一距离进行蒙特卡罗1000 次实验，随机发送长度为16bit 信息码，分别测试不同混沌扩频码长度下该可见光通信仿真系统的误码率。扩频和解扩时所用Logistic 映射的初始值（即密钥）均为0.289999，仿真结果如图4-14所示，横坐标为扩频码大小，纵坐标为误码率。扩频码长度取值1~19，步长2。距离为3m 时，信噪比低，误码率高，基本无法接收到发送信息；距离为4m 时，随着扩频码长度增加，误码率逐渐降低；距离大于4m，信噪比高，误码率为0，可以无失真接收到发送信息。

图4-14　雨天不同距离误码率与扩频码曲线

4.系统安全性分析

当扩频时所用Logistic 映射的初始值（即密钥）为0.289999，解扩时所用Logistic 映射的初始值（即密钥）为0.290000，得到雨天CPPM 调制系统误码率BER 随着距离变化曲线图（4-15）。由图4-15 看出，扩频时所用Logistic 映射的初始值与解扩时所用的初始值仅相差0.000001，CPPM 系统的误码率很高，在图4-15 中通信距离工作区间误码率约为0.001，系统无法接收到完整的信息。因而本系统可保证传输信息的安全性。

图4-15　不同降雨量下误码率与距离曲线（密钥不一致）