雪天对CPPM的LED光通信误码率影响：

（一）系统设计

图4-16 为雪天LED 交通灯与车辆间通信的系统模型。

图4-16　雪天LED 交通灯与车辆间通信的系统模型

（二）雪天对可见光的衰减

当空气中冰晶越来越多，越来越大，相互之间的吸附力已经不能再保持相对的稳定时，降雪现象就形成了[210]。一天之内所下的雪的多少叫作降雪量。如表4-8 为，降雪量的等级表。

表4-8　降雪量等级表

在LED 光通信传送之时，雪天中的雪花充当了阻挡光传输的主要因素。雪分为干雪和湿雪，因为北方空气干燥，所以我国干雪大部分在北方冬季出现，而湿雪以长江以南地区较多。很容易可以分清湿雪与干雪的不同之处，湿雪容易化成雨水，而干雪落下之后覆盖在地上，通常一个冬季都不会化掉，这也使人们出行不方便。

在干雪情况下，可见光的透过率很低，呈现较大衰减[211-212]，式4-13 给出了干雪环境下可见光的衰减指数：

式中，S 表示降雪量的大小，单位为mm/h；a 为通信系统雪天信道的衰减增益系数，b 为通信系统雪天信道衰减指数。

在干雪情况下：

而在湿雪情况下：

式中，R 表示光波长，单位为nm。

（三）系统仿真与分析

1.雪天信道信噪比仿真

在雪天降雪量为1mm，2mm，8mm，15mm，30mm，50mm 的条件下，在湿雪和干雪的情况下，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4-17 所示，横坐标为距离大小，纵坐标为信噪比。距离取值0~90m，步长1m。

图4-17　不同降雪量下信噪比与距离曲线

从图4-17 可以看出，当降雪量一定时，随着距离的增大，信噪比先增大后减小；当距离相同时，随着降雪量的增大，信噪比增大；降雪量愈大，信噪比对距离的变化越敏感。由图4-17（a）和图4-17（b）对比，相同降雪量，距离一定，干雪比湿雪的信噪比小。

2.混沌扩频码一定，不同能见度误码率与距离关系(www.xing528.com)

在混沌扩频码长度为16，雪天降雪量为1mm，2mm，8mm，15mm，30mm，50mm 的条件下，在同一降雪量进行蒙特卡罗1000 次实验，随机发送长度为16bit 信息码，在湿雪和干雪的情况下，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4-18 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4-18　不同降雪量下误码率与距离曲线（密钥一致）

从图4-18 可以看出，从图中可以分析，小雪下的误码率<中雪下的误码率<大雪下的误码率<暴雪下的误码率<大暴雪下的误码率<特大暴雪下的误码率，不同情况下有效通信距离d 跟能见度成正比，同时可以看出雪天随着降雪量的增加（雪越大）误码率越高，其对LED光传输时衰减程度就越大。由图4-18（a）和图4-18（b）对比，相同降雪量，干雪比湿雪的误码率高，干雪天气对光通信的影响大。

由图4-17（a）和图4-18（a）可以总结出在湿雪天室外LED 交通灯工作区间，如表4-9 所示。从表4-9 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4-9　湿雪天工作区间

由图4-17（b）和图4-18（b）可以总结出在干雪天室外LED 交通灯工作区间，如表4-10 所示。从表4-10 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4-10　干雪天工作区间

3.降雪量一定，不同距离误码率与扩频码关系

在降雪量为2mm（中雪），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4-19 所示，横坐标为扩频码，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4-19　雪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，得到雪天CPPM 调制系统误码率BER 随着距离变化曲线图，如图4-20 所示。由图4-20 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4-20 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4-20　不同降雪量下误码率与距离曲线（密钥不一致）

研究不同天气对CPPM 调制可见光通信系统误码率的影响，根据仿真结果可知，雾天能见度越大，可见光通信系统的误码率越低。利用混沌对初始值的敏感性，将初始值设为密钥，对CPPM 可见光系统传输的信息实现加密，保证传输信息的安全性。通过优化混沌序列的构造、减小放大电路噪声等方式，可以进一步提升系统性能。综上，对于远距离、高速率光通信而言，将混沌扩频与PPM 调制相结合可以克服长距离信道引入的干扰，有效保证通信性能，具有较好的应用前景。