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引用本文:张慧颖,李月月,盛美春,等:光功率与通信质量优化的室内可见光LED布局研究[J]. 光通信技术,2024,48(5):20-29.

光功率与通信质量优化的室内可见光LED布局研究

张慧颖,李月月,盛美春,梁士达,马成宇

(吉林化工学院,信息与控制工程学院,吉林 吉林132022)

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摘要:针对室内可见光灯源布局功率分布不平坦及通信质量差的问题,提出了一种对称米字型灯源布局方案。该方案通过构建与接收功率相关的目标函数,并融合Logistic混沌、反向策略、非线性函数以及自适应机制,在考虑一次反射的条件下,采用基于混沌逆初始化自适应权重哈里斯鹰优化算法(简称LRNA-HHO算法),实现了发光二极管(LED)位置及功率参数的最优设计。仿真结果表明:在5 m×5 m×3 m房间区域内,采用LRNA-HHO算法设计的灯源布局在功率分布上更均匀,接收功率方差为0.018 dBm,光照度均匀度达到0.925;信噪比范围为23.62~23.91 dB,通信质量得到明显改善。

关键词:可见光通信;灯源布局;对称米字型布局;功率均匀性;通信质量

中图分类号:TN929.1  文献标志码:文章编号:1002-5561(2024)05-0020-10

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2024.05.004

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这篇文章主要探讨了室内可见光LED灯源布局对光功率分布和通信质量的影响,并提出了一种优化的布局方案和算法。以下是文件的核心要点总结:

  1. 研究背景与目的

    • 针对传统室内可见光灯源布局存在功率分布不平坦、通信质量差等问题,提出了一种优化的LED布局方案。

    • 目的是通过优化LED灯源的位置和功率参数,提高室内接收平面的光功率均匀性和通信质量。

  2. 对称米字型布局方案

    • 设计了一种对称米字型灯源布局方案,通过在天花板上以对称方式排列13盏LED灯,以提高光照度和接收功率的均匀性。

    • 布局规则详细说明了LED灯的具体位置,确保布局的对称性和美观性。

  3. LRNA-HHO算法优化

    • 结合logistic混沌和反向策略、非线性函数及自适应机制,提出了LRNA-HHO(混沌逆初化自适应权重哈里斯鹰优化)算法。

    • 通过优化初始种群、引入非线性逃逸能量因子和自适应权重,提升算法的全局搜索和局部开发能力,实现LED位置和功率参数的联合优化。

  4. 模型与仿真分析

    • 构建了室内VLC(可见光通信)系统模型,包括LOS(视距)链路和NLOS(非视距)链路中的一次反射情况。

    • 仿真分析了光照度、接收功率、信噪比、误码率、信道容量等关键参数,验证了LRNA-HHO算法在优化LED布局方面的有效性。

  5. 仿真结果与性能对比

    • 在5m×5m×3m的房间内,使用LRNA-HHO算法优化后的LED布局方案,光照度均匀度达到0.925,接收功率方差为0.018dBm,信噪比范围为23.62dB~23.91dB。

    • 与其他优化算法(如HHO、L-HHO、AW-HHO、UF-HHO)相比,LRNA-HHO算法在接收功率均匀性、信噪比稳定性、误码率降低和信道容量均匀性方面均表现出显著优势。

  6. 不同房间模型下的仿真分析

    • 在3m×3m×3m和6m×6m×3m不同尺寸的房间模型下,进行了LED布局的仿真分析,验证了所提方案在不同室内空间中的普适性和有效性。

  7. 结论与展望

    • 研究表明,本文提出的对称米字型LED布局方案结合LRNA-HHO算法,能够显著提高室内VLC系统的光功率均匀性和通信质量。

    • 该方案在不同房间尺寸下均表现出良好的性能,为未来室内VLC系统的灯源布局设计提供了新的思路和方法。