引用本文:
翟长鑫,郑茹,刘畅,等:室内可见光通信系统光源优化设计[J]. 光通信技术,2019,43(8):11-15.
翟长鑫1,2,郑 茹1,2,刘 畅1,2,吕江泊1,2,陈佳奇1,2
(1.长春理工大学 光电工程学院,长春 130022;2.长春理工大学 光电工程国家级实验教学示范中心,长春 130022)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对可见光通信系统接收光功率分布不均匀的问题,提出基于人工鱼群算法的发光二极管(LED)光源布局优化模型。围绕矩形和椭圆形2种光源布局方式,以16个LED布局为例,以接收平面功率方差最小化为目标函数,对LED的位置和半功率角值进行优化,并在此基础上,对LED功率因子进一步优化。仿真结果表明:在照度范围和功率均匀性方面,矩形布局要优于椭圆形布局,经优化后得到的矩形布局接收平面功率方差为2.1027 dBm,经调节功率因子后方差达到1.8759 dBm,功率分布均匀性得到明显改善。
关键词:光通信;可见光通信;人工鱼群算法;矩形布局;椭圆形布局;功率分布均匀性
中图分类号:TN929.12 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2019)08-0011-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.08.003
0 引言
21世纪,可见光通信(VLC)技术以其绿色性和安全性的特点逐步取代传统无线通信。VLC以白光激光二极管(LED)作为发射光源,经加载的高频信号调制后可同时实现照明和通信的双重功能,为未来5G通信的大面积覆盖提供可能。为实现室内光功率的均匀性覆盖,提高通信质量和用户接收功率的公平性,需要对光源的布局进行优化。在数理统计上,方差越小,则表征均匀性越好。然而,目前研究大多采用的是底面为正方形的立体空间系统模型,对于常见的底面为长方形(如会议室、公共大厅等)的立体空间模型的研究却很少。王丽等人[1]曾针对长方形底面的立体空间提出椭圆形LED布局模型,但仅针对椭圆长短半轴用特定的离散数值进行仿真优化,后续研究则亟待加强。本文针对该问题,采用人工鱼群算法(AFSA)[2]进行优化矩形和椭圆形光源布局,得到了接收功率均匀性大大提高的布局方案。
4 结束语
本文针对VLC系统中接收平面光功率分配不均匀的问题,提出一种基于ASFA的优化模型。对于会议室、公共大厅等底面为长方形的环境,提出16 LEDs矩形和椭圆形2种光源布局方案。设定目标函数为求取接收功率方差最小值,优化目标为LED的阵列间距离和半功率角的一系列连续值,采用ASFA构造人工鱼个体,经觅食、聚群和追尾等行为求取最佳食物浓度下的最优解。为弥补算法本身的不足,采用二次优化,对LED功率因子进行寻优,进一步提高接收功率的均匀性,以使用户能得到公平分配的通信信号强度。仿真结果表明:矩形阵列的功率均匀性要优于椭圆形阵列,方差达到2.1027 dBm,继续对该布局的功率因子进行调节,功率方差降为1.8759 dBm,均匀性改善,从而验证了该方法在系统底面为长方形时提高系统均匀性的有效性,为VLC系统优化LED布局以使得用户获得更好的通信体验提供了借鉴方案。