室内无线红外通信系统传输特性模拟程序

资 源 简 介

该项目是一个专门用于模拟和分析室内环境下无线红外信号传播特性的MATLAB仿真平台。其核心功能在于构建虚拟的三维室内空间，并计算红外光束从发射端经过直射路径（LOS）以及通过墙壁、天花板多次反射形成的漫射路径（Non-LOS）到达接收端的完整传播过程。程序利用朗伯辐射模型精确刻画光源的配光曲线，通过将房间内部表面进行精细的网格化处理，采用递归或迭代算法计算各级反射分量对总接收信号的贡献，从而得出信道的单位冲激响应曲线。 利用该软件，用户可以深入研究多径效应引起的频率选择性衰落和符号间干扰，定量分析信道的均

详 情 说 明

室内无线红外通信系统传输特性模拟程序

项目介绍

该仿真平台基于MATLAB开发，旨在精确模拟室内环境下红外光信号的传播特性。程序通过构建三维虚拟房间模型，综合考虑直射路径（LOS）与一阶反射路径（NLOS），计算系统的信道单位冲激响应（CIR）。该工具能帮助研究人员量化分析多径效应对通信质量的影响，包括时延扩展、接收功率分布以及不同调制方式下的误码率性能。

功能特性

• 物理环境建模：支持自定义房间尺寸、墙面反射率及网格化精度，对天花板、地板及四面墙壁进行精细的坐标化离散处理。
• 光源与接收器表征：采用朗伯辐射模型（Lambertian Model）刻画发射端配光曲线，支持设置接收器的视场角（FOV）、感光面积以及光学滤光片和聚光镜增益。
• 信道冲激响应（CIR）计算：通过时间离散化处理，精确计算LOS信号和经过墙面一阶反射到达接收端的信号能量及到达时间。
• 空间功率热力图：全自动计算房间平面内的光功率分布，生成二维彩色等高热力图，以dBm为单位展示覆盖性能。
• 信道质量评估：提供RMS均方根时延扩展统计、信道频率响应曲线分析，直观展示多径效应造成的频率选择性衰落。
• 误码率性能模拟：集成基于高斯白噪声（AWGN）近似的OOK与4-PPM调制误码率分析模块，评估不同信噪比下的通信可靠性。
• 多维度可视化：提供包括CIR波形、接收功率分布图、频率响应图、时延扩展直方图、BER曲线及物理布局3D图在内的六类可视化结果。

详细实现逻辑

程序采用模块化设计，主要逻辑流程如下：

1. 参数初始化：定义房间几何参数、发射器几何与光学参数、接收器各组件增益及物理常量。
2. 网格离散化处理：将房间的六个表面（底、顶、四壁）按设定的网格尺寸划分。每个网格单元被视为一个微小反射面，计算其中心坐标、法向量和面积大小。
3. 多径传播算法实现：

* LOS路径：根据发射器与接收器的欧式距离及法向夹角，应用朗伯模型计算直射链路的直流增益，并将其映射到对应的时间仓。 * NLOS路径（一阶反射）：遍历空间内所有离散网格点。对于每个点，计算“发射器-反射点-接收器”的双段传播路径。通过考虑反射点的反射率、入射角和出射角余弦值，积分计算该路径的接收功率增益。

1. 统计特性分析：

* 通过对CIR进行归一化一阶矩和二阶矩运算，得出均方根时延扩展。 * 利用快速傅里叶变换（FFT）将时延域信号转换至频率域，分析信道带宽特性。

1. 链路性能仿真：根据接收到的总功率和背景噪声电流，在给定信噪比范围内应用互补误差函数公式计算不同调制方式的理论误码率。

关键函数与算法说明

• 朗伯辐射模型算法：根据半功率视角计算辐射级数 m，结合发射向量与法向量的夹角余弦，确定光强的空间分布。
• 网格坐标映射：采用 meshgrid 结构化生成墙面的三维坐标矩阵，并赋予每个表面特定的向内法向量，用于后续的一阶反射角度计算。
• 时间仓映射技术：信道冲激响应以极高的时间分辨率（0.2ns）进行离散化。根据光速 c 和传播距离计算绝对延迟，通过最小化绝对误差将各路径增益归纳入对应的离散时间索引。
• BER性能分析算法：实现了针对开关键控（OOK）和脉冲位置调制（4-PPM）的性能评估公式。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2018b 或更高版本。
• 硬件要求：建议 8GB RAM 以上。由于程序涉及对大量墙面网格的迭代计算，网格尺寸设置过小时运行耗时会相应增加。

使用方法

1. 打开MATLAB并将工作路径切换至程序所在目录。
2. 在主程序开头中根据实际需求调整 Room_Dim（空间尺寸）、Reflectivity（反射率）以及发射/接收位置坐标。
3. 直接点击“运行”或在命令行窗口输入程序名称。
4. 程序运行结束后，将自动弹出包含六个子图的综合分析窗口。
5. 在命令行窗口可以查看到计算过程中的进度提示以及最终的功率、时延统计具体数值。