VISION 可见光通信 (VLC) 研究的主要目标是开发光保真 (Li-Fi) 使用的技术和实践见解，这是一种 VLC 技术，通过运行基于光的无线通信来提供 Wi-Fi 的替代方案- 发射二极管（LED）传输。“我们习惯于将光视为提供照明或电力，但光也可以携带信息，”VISION ITN 研究工程师 Hossien Eldeeb 说道，他在攻读博士学位期间帮助领导了该项目。Özyeğin 电子与电气通信工程研究生院通信理论与技术研究小组的候选人。“Li-Fi 创新地利用光（可以是可见光、紫外线或红外线频率）来传输通信信号。”
挑战
VISION 围绕三个主要领域构建其研究：智能城市、办公室和家庭；制造和医疗；和智能交通。对于后者，Özyegin 使用 OpticStudio 对光通道进行建模和分析，以更好地了解在车辆运输中使用 VLC 技术的安全和通信应用。
“在开发 VLC 系统时，通信工程师需要考虑专用通道模型的现实光学设计，”Eldeeb 说。“为了实现这一目标，他们必须考虑所有系统参数对设计的影响——光源、光电探测器以及对通道内光流的任何影响。”
此外，在户外使用 Li-Fi 需要额外考虑。在设计用于室外环境的 VLC 系统时，光通道参数更难预测，因为车辆路线上的任何数量的障碍物都会影响信号的传输，例如阳光、6 降水和其他表面的反射，7静止和运动。因此，VLC 系统的通道建模必须考虑到这种广泛的可能性，以便为系统设计提供有意义的输入。
“当我们开始设计用于 Li-Fi 车辆通信的 VLC 系统时，我们的团队立即意识到由于户外环境中存在的大量场景而可能面临的挑战，”5 Eldeeb 说道。“我们需要一种方法来在光学系统设计中可靠地对这些场景进行建模。”
最常见的通道建模配置文件是朗伯漫射模型，但事实证明，它不足以充分观察室外环境中漫射、随机表面上的光源和光行为。具体来说，它不能满足非顺序光线追踪的需求，而非顺序光线追踪是必要的，因为光在各种不可预测的室外条件下传播的方式是非顺序的。
Eldeeb 表示：“考虑到在车载 VLC 系统中，室外照明模块是发射天线，对天线方向图的任何修改自然会影响通信性能。”10 “由于阳光6 和光的影响，车载 VLC 系统也与室内场景不同。天气状况。因此，我们需要一种专业的光线追踪方法来考虑所有这些变量。”
工程解决方案
OpticStudio 中的非顺序光线追踪功能使 Özyegin ˘ 车载 VLC 项目团队能够进行有效的通道建模。该软件内置的 Li-Fi 通道活动建模支持和方法基于强大的非顺序光线追踪算法和通道影响可视化分析，为团队推进 Li-Fi 系统设计提供了可靠的支持。高度的信心。
“光无线通信的主要目标是设计发射器和接收器，它们构成光学系统的前端，并且您希望它们在所有通道情况下都能完美工作，”Eldeeb 说。“因此，要设计这个前端，您需要 OpticStudio。你无法独自完成这件事。”
OpticStudio 的颗粒建模和分析功能提供的其他细微差别包括通道模型中其他附带参数的详细定义，例如障碍元素的表面涂层材料、不同降水类型的多种属性以及光本身的潜在散射和扩散。通过使用 Zemax 功能来仔细表示这些参数以进行建模，例如用于确定反射光类型的散射分数 (SF) 参数，以及用于对各种天气条件进行建模的 Mie 散射模型和其他体积物理工具，Eldeeb 和他的团队能够进一步微调室外车载 VLC 场景，并在考虑大量可能的缓解因素的情况下进行光线追踪。
结果
对于 Özyegin 和 VISION 团队来说，结果非常成功。“当我们将竣工系统的结果与我们在设计过程中使用的 OpticStudio 模型进行比较时，”Eldeeb 说道，“我们发现光线追踪近似值与弗劳恩霍夫矢量网络分析仪产生的实际测量值之间存在出色的匹配海因里希·赫兹研究所。”
Eldeeb 进一步强调，OpticStudio 将继续让他的团队在未来的项目中受益，例如利用不同镜头组合进行实验，以进一步优化在线无线通信系统设计。他的组织还在考虑扩大 Zemax 软件套件的使用范围。
“我们对添加 OpticsBuilder 非常感兴趣，”Eldeeb 说。“随着我们的研究超越通道建模并进入完整的系统设计，OpticsBuilder 将帮助我们在团队和项目中保持高效的工作流程。”
最重要的是，Eldeeb 和他的团队的成就表明，光学器件以及支持光学器件的 Zemax 功能正在超越镜头和激光系统的机械设计，进入全新领域：基于光的通信工程。使用 OpticStudio 对 Li-Fi 和 VLC 进行通道建模为这一新兴创新领域打开了一扇新的大门，VISION ITN 合作伙伴将 Zemax 视为帮助他们发现可能性的关键参与者。
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