基于led室内可见光通信系统的光源布局优化研究

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1、基于LED室内可见光通信系统的光源布局优化研究高明光2016年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540基于LED室内可见光通信系统的光源布局优化研究作者姓名高明光学院名称光电学院指导教师蓝天教授答辩委员会主席倪国强教授申请学位工学硕士学科专业光学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月StudyonOptimizationofLayoutofLEDLightsbasedonIndoorVisibleLightCommunicationSystemCandidateName：GaoMingguangSchoolorDe

2、partment:SchoolofOptoelectronicsFacultyMentor:Prof.TianLanChair,ThesisCommittee：Prof.GuoqiangNiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：OpticalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan.2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别

3、标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要可见光通信是一种在白光LED技术上发展起来的新兴无线光通信技术，它以光信号为载体，通过大气作为传输媒质，进行光信号传输构建无线光网络，是对现有射频技术的有效补充，具有安全性高、无需频谱认证、传输速率高等特点，已成为面对目前频谱危机及光谱资源激烈竞争的严峻形势下的光谱资

4、源开发利用的关键技术之一。作为室内可见光通信系统的主要构成部分，光学发射天线和接收天线，其性能优劣直接影响到整个通信系统的可靠性和信号传输的稳定性。光源布局很大程度决定了发射天线的性能。因此本文主要针对室内办公条件下的宽敞照明及应用在医院、机场、台灯等短距离局部照明场景下的光源布局进行系统地研究。具体内容如下：1.对系统白光LED光源进行了较为深入的研究，同时对信道模型进行了简要介绍，分别给出两种链路下系统的光照度、脉冲响应、直流增益和接收功率的理论计算模型。并对系统的噪声、信噪比及码间干扰进行了分析和讨论。2.讨论了室内办公条件的光源布局

5、设计，在初始布局基础上采用照度均方差最小化评价指标及基于保证室内办公照明标准的最佳节能室内光源布局优化设计方案，定量计算直射视距链路和包含非直射视距链路下室内桌面的照度分布、接收器接收功率分布。分析信噪比及码间干扰随视场角变化的关系，给出避免盲区、兼顾高信噪比及减小码间干扰的光学接收天线视场角的合理选取范围为40º—50º。并据此用MATLABGUI设计了一款室内可见光通信光源布局对照度与功率影响仿真软件，用户通过对功能按钮的切换便可观察到相应分布，对室内LED光源布局有指导功能。3.提出基于三种算法的适用于医院、机场、室内台灯的短距离局部

6、照明场景下的光源布局设计，分别介绍遗传（GA）算法、模拟退火（SA）算法以及模拟退火混合遗传（SAHG）算法的思想、设计原理、基本流程等。在局部照明条件下给出照度计算模型和经三种算法计算后的优化坐标点分布。并利用Tracepro软件对光源分布进行了模拟仿真，分析了三种算法下光照度面得到的照度值、光通量等参数。最后对仿真结果进行了对比分析，分析每种算法的适应性及优缺点，进而说明结合GA和SA算法优良性能的SAHG算法适用于室内VLC系统的多光源布局设计。关键词：可见光通信；光源布局；光照度分布；光学天线视场角；SAHG算法I北京理工大学硕士学

7、位论文AbstractVisiblelightcommunicaitonisakindofwirelessopticalcommunicationtechnologyderivedfromthedevelopmentofwhiteLEDs.Ittakeslightsignalsasthecarrierandatmoshphereastransmissionmedium,thereforebuildingwirelessopticalnetwork.Itisasupplementofexisistingradiofrequencycommun

8、icationwhichpossessesmanyadvantagessuchashighsafety,nospectrumcertification,hightransmiss