[发明专利]一种基于蝙蝠算法的室内可见光通信系统光源优化方法

说明书

本发明公开了一种基于蝙蝠算法的室内可见光通信系统光源优化方法，包括：构建可见光通信系统模型，分别得到接收机和发射机之间的信道直流增益H_los(0)、反射信道增益H_nlos(0)和接收机接收到的光照度E_r及光功率P_r；利用蝙蝠算法优化LED光源的位置和半功率角，改善室内可见光通信系统平面上接收光照度和光功率的分布均匀性。该方法不仅考虑了墙面的一次反射，同时不需要进行二次优化。经过本方法优化后的LED光源的位置和半功率角，平面上接收光功率的数值变得更加集中，分布变得更加平坦，角落与房间中心的功率偏差得到显著改善。

技术领域

本发明属于可见光通信技术领域，具体为通过使用改进的蝙蝠算法来优化LED光源的位置和半功率角，使得平面上接收光照度和接收光功率分布更加均匀。

背景技术

可见光通信(visible light communication,VLC)技术是一种极具潜力的无线通信技术，其使用LED发出的可见光为载波进行通信。与白炽灯、荧光灯等光源相比，作为第四代照明的LED寿命更长，效率更高，所以LED近年来得到了飞速的发展并且逐渐取代传统的照明光源。基于LED的VLC技术覆盖范围广泛，只要有光照的地方就可以进行通信活动。与其他无线通信技术相比，VLC技术安全性能高、不需要频谱认证、不会发生电磁干扰，因此可以部署在诸如医院、矿井、加油站等许多对电磁敏感的区域。在室内VLC系统中，白光LED不仅是照明光源还是通信信号载体。因此为了使室内VLC没有盲区，应该确保在室内任意位置都有足够的接收光照度和接收光功率。不同的LED光源参数和位置坐标，会引起同一平面上不同的接收光功率和接收光照度分布。而室内光照度和接收光功率的波动又会影响室内人员感官的舒适度和通信的公平性，所以有必要对LED的参数和位置坐标进行研究，使室内光照度和接收光功率分布的更加均匀。

300lx-1500lx是室内需要满足的光照度要求范围。在整个室内VLC系统中，单个LED发出的光照度较小，无法满足国际照明需求，因此一般需要多个LED光源组成阵列分布于室内天花板上。与此同时，如果室内光照度满足所要求范围，还需要考虑接收平面光照度的分布均匀性。因为均匀分布的光照度有利于照明，也有利于室内人员的视觉感受。接收光功率是影响VLC系统性能的重要因素，均匀分布的接收光功率既可以保证为同一接收平面上不同用户提供同等的服务质量又能够提高系统的通信质量。一个合适的LED光源位置可以为室内提供波动较小的光照度分布和光功率分布，从而提高接收平面的照明质量和通信质量。在可见光光源LED的位置布局中，一般需要考虑两个影响因素，一个影响因素是LED光源在室内天花板排布的整体方式，另一个影响因素是各个LED光源之间相隔的距离以及边缘LED与墙壁之间的距离。此外，LED光源的半功率角也影响VLC系统的接收光照度和接收光功率。一般而言，为了实现均匀的照明范围，所有的LED光源均使用相同宽的半功率角。然而在通信系统中，由于来自远距离的LED的光信号在接收端入射角较大，因此可能会降低信号功率，从而引起系统性能下降。所以为了解决这个问题，有必要考虑优化LED光源的半功率角。

据报道，已有许多工作研究了有关VLC系统的光源优化问题。然而目前的问题在于：

1)有些光源优化方法没有考虑反射的影响；

2)有些光源优化需要进行二次优化；

考虑到VLC技术使用白光LED作为发射端，其在满足照明的需求时还可以提供便利、快捷、环保和节能的通信服务，所以LED光源对VLC系统意义重大。而LED光源的位置和参数会影响通信系统的接收光照度和接收光功率分布。不同的LED光源参数和位置会引起接收平面上不同的光功率和光照度分布。在室内VLC系统中，分布不均匀的光功率和光照度会导致同一平面上不同用户不能享受同样的服务质量，从而影响通信的公平性。因此研究优化VLC系统的信号分布，为室内不同用户提供同等的服务质量势在必行。

发明内容