引用本文:
周旭 ,张业荣. 基于改进粒子群算法的室内可见光通信系统灯源布局[J]. 光通信技术,2021,45(1):58-62.
周 旭,张业荣
(南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院,南京,210023)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对传统室内可见光通信(VLC)系统中光源分布的不均匀性导致的通信盲区和通信质量不平稳等问题,提出一种位置和灯源参数联合优化的方法。该方法在不改变传统布局的总功率前提下进行发光二极管(LED)阵列的重新分配,其次遍历搜寻各LED阵列的最优位置,最后运用改进的粒子群优化(PSO)算法对各LED阵列中的参数进行优化。仿真结果表明:相较于传统光源分布,联合优化方法在满足室内照明的情况下不仅减少了灯源布局的总功率,而且提高了接收面上光照度均匀度。
关键词:可见光通信;光源分布;粒子群算法;光照均匀度
中图分类号:TN929.1 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)01-0058-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.01.012
0 引言
可见光通信(VLC)是一种新型无线通信技术,通过发光二极管(LED)来实现照明和通信的双重功能。相较于传统的射频通信,它具有安全、高速、绿色、通信容量大以及应用范围广等优点。在室内VLC系统中,不仅要考虑LED的能耗问题,还要考虑接收面上的光照度和光照度均匀性,故在LED阵列的位置布局和参数设计上,使接收面上的光照度和照度均匀性在较低的能耗下必须满足国际室内照明标准。
目前,室内LED灯的布局研究大致分为几类:
①几何图形分布。王丽等人在5 m×4 m×3 m室内空间尺寸下提出一种基于房间长宽比例的椭圆分布模型。陈述等人在此室内空间尺寸下提出了一种双纽线型光源布局。但该类优化方式没有数学理论支撑,设计模型复杂且具有主观性,角落处的接收功率较低,不能保证良好的通信质量。
②灯源位置的算法优化。高明光等人运用模拟退火混合遗传算法对灯源的位置进行优化,解决了遗传算法的早收敛问题,并且通过适应度函数的构造,大大地提高了接收面的光照度均匀性,但该类算法因为通过位置的全局寻优,往往导致寻找到的位置随机性太大,不具有美观性,实用性较低。
③灯源参数的算法优化。杨智群等人先进行模型的设计后,通过改进的蚁群算法对每个LED阵列的功率因子进行优化,也使接收面的光照度均匀性得到了显著的提高。但该算法参数较多、复杂度较高,适应度函数的选取没有兼顾到接收面上的每个点。
本文提出一种在5 m×5 m×3 m的室内空间尺寸下,灯源位置遍历寻优联合改进粒子群优化(PSO)算法优化灯源参数策略。
4 结束语
本文提出了一种新型室内灯源布局方法,提高了室内最小光照强度和UIR,并结合改进PSO算法提出一种优化阵列LED灯珠数目的方案。通过添加约束条件,解决了算法在寻优过程中无法满足室内光照标准问题。仿真结果表明:新型模型的建立,满足了室内光照强度标准,提高了UIR;改进的PSO算法提高了算法的收敛速度和精度;优化后的新型模型,在减少LED所需总能耗的基础上,进一步提升了UIR。