LED通信中利用蚁群算法优化光功率

室内可见光通信(VLC)的多光源阵列对称放置在房间的天花板上,光从LED光源出发经过直射、反射到达接收机端,在同一接收平面用户的接收光功率和照明强度不相等致使不能享受同等的通信服务质量,难以保证通信的公平性。针对通信系统中光源放置位置导致接收平面的接收光功率和照明强度分布由房间中心向周围快速衰减的问题,通过在4×4LED发射阵列端配备功率调节因子,利用蚁群算法建立与接收光功率和照明强度相对应的节点和路径的模型,提出使用方差作为评价接收光功率和照明强度均匀化的目标函数,构建能见度表达式据此推导出状态转移概率公式,并根据LED发射阵列和接收机位置对称的要求选取一组优化功率调节因子值。仿真结果表明,接收光功率和照明强度的方差分别从优化前的168 252和653 742降低到优化后的19.266 3和74.859 2,接收平面接收光功率和照明强度分布不均匀性得到明显改善。     

基于改进粒子群算法的室内可见光通信系统灯源布局

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。     

室内可见光通信系统光源LED布局优化与性能分析

在室内可见光通信系统(VLC)中,为解决传统光源布局方式中因照度分布不均匀而存在通信盲区的问题,提出考虑墙面反射的光源LED优化方案。以照度均方差作为评价标准分析LED布局,通过积分推导出接收面照度和功率的表达式,构建了矩形布局优化模型函数F(l,x,y)和圆形布局优化模型函数F(r,x,y),并根据优化函数研究了照度均方差与房间尺寸、最佳布局与视场角的关系。仿真结果表明:LED矩形布局光源的位置存在最优点l=1.6m,视场角为ψFOV=80°,照度均匀性由传统布局的80.5%提升到84.3%;圆形布局光源的位置存在最优半径r=2m,视场角为ψFOV=80°,当LED位于最优点半径时,圆形布局的照度均匀性随着光源LED数量的增加由85.2%增加到89.2%。     

基于改进蚁群优化算法的多LED通信光功率优化

针对室内可见光通信(VLC)中接收平面接收光功率和接收光照强度分布不均匀的问题,提出了一种基于改进的蚁群算法对其进行优化.通过建立发射端和接收端的信道模型,对放置在天花板上的4×4的LED阵列发射端配备功率调节因子,并利用改进的蚁群算法对功率调节因子进行优化.针对传统蚁群算法存在的收敛速度慢、容易停滞等问题,提出了采用自适应信息素更新的策略.仿真结果表明,利用所提方法优化后,接收光功率和照明强度的波动范围分别在93.523～50.453 μW和367.846～192.798 Lux,接收平面上接收到的光功率和照明强度分布不均匀的问题得到了明显改善.     

室内可见光通信中接收光功率均匀性优化方法

针对室内可见光通信接收光功率分布不均匀造成通信性能不均衡的问题,提出一种LED阵列独立均匀分布布局,并运用改进自适应遗传算法优化LED阵列间距离和LED半功率角。优化遗传算法中的选择算子,并重新设计算法中的交叉和变异操作,采用改进自适应遗传算法优化影响系统性能的LED半功率角和LED阵列间距离。仿真结果表明:接收平面的接收功率方差从未优化前的3.02dBm降低到1.16dBm,照明强度范围从优化前的374~862lx改善至417~765lx。相比现有的接收光功率的优化方法,该算法的性能与收敛速度均得到改善。     

水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能研究

为了研究水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能,以6个LED组成的圆形阵列光源为对象,基于单个LED空气中照度分布模型推导出其相对照度分布数学模型;以水下照度计为工具,用点阵测量法研究其在水下的实际空间照度分布,并分析了实验数据。结果表明,该光源出射端口处光照度值随着加载信号的频率增加而增加,光源的水下辐射照度整体分布不对称;当光信号传播到一定距离后,在光接收平面上,照度值各向趋于均匀分布。     

基于白光LED的室内高精度定位算法的实现

搭建了室内可见光定位系统,实验上探索了接收信号强度比定位算法的可行性.通过控制多个LED光源在不同时隙的亮暗,分别传输直流与正弦信号,使用照度计及光电探测器测试接收信号强度,对接收机位置进行了估计.其中使用直流信号时,在与光源所在平面相距59 cm的接收平面内,得到最大误差为2.05 cm、平均误差为8.64 mm的定位精度;使用正弦信号时,在与光源平面相距30 cm的接收平面内,得到最大误差为1.09 cm、平均误差为5.6mm的定位精度,并且使用交流信号时实验结果不受环境杂散光的干扰.     

视觉检测系统LED光源照度优化方法

针对当前视觉检测系统LED光源照度优化研究中存在的照度效果评价因素单一、照度优化方法通用性不足等问题,以芯片封装质量视觉检测为例,提出一种基于改进樽海鞘算法的LED光源照度优化方法。该方法在单个LED光源照度数学模型基础上,建立标准条形LED阵列光源照度数学模型,获取条形LED阵列在任意空间位姿与被测面的照度值;基于照度均匀度、照度梯度变化与对中度、平均照度、目标与背景区分度等因素建立平面照度效果评价函数;提出改进樽海鞘算法,通过改进算法收敛系数、速度、领导者与追随者位置等更新策略,增强区域搜索的多样性;应用改进樽海鞘算法对平面照度效果评价函数进行优化求解,获取具有最优照度效果的空间位姿参数。实验结果表明:考察优化区域的相对照度分布,文中提出的LED光源照度优化方法所得照度分布与实际测量所得照度分布结果基本一致,目标区域理论照度均匀度在98.78%以上,误差在5.57%以内。因此文中提出方法优化目标合理,可用于视觉检测系统具有最优照度效果时光源位姿信息参数的获取。     

室内可见光通信LED布局研究与性能分析

发光二极管(LED)的布局对于维持接收平面上光功率分布的稳定起着重要的作用,针对现有矩形LED布局接收功率分布存在盲区,影响可见光通信系统的性能的问题,文章根据照度均方差最小原则,设计了一种LED的圆形布局方案。通过对接收光功率分布、信噪比的分布进行仿真,研究了圆形布局和矩形布局方案。结果表明,在LED数量相同的情况下,非视距链路接收的功率分布优于视距链路的接收功率分布,但墙面反射降低了信噪比降。同时,圆形布局增强了房间角落处的接收功率,且圆形布局的信噪比波动小于矩形布局。文章的结果为室内可见光通信系统光源布局的研究提供了一种新的思路,同时为未来室内可见光通信链路的建立提供参考。     

特种车内可见光通信系统光源布局优化

针对特种车内空间狭小、光源布局受限这一问题,对光照度及接收光功率进行了理论分析,对光源阵列位置下光照度及光功率的直射和一次反射的分布模型进行了分析与仿真。在光照度需求的约束条件下,根据光功率分布均匀原则提出了特种车辆内部由5个阵列光源形成中心补偿形布局的优化方案。仿真结果表明,在2 m2 m1.5 m的狭小空间内,运用该光源布局方案可得到平均接收光功率值为-0.5 dBm时的光照度范围为333.74~466.44 lx,均匀光照率为79.5%,可同时满足车内照度与数据通信需求。     

改进遗传模拟退火算法优化室内VLC覆盖均匀性

基于LED的室内可见光通信(VLC)能够实现照明和高速率的数据传输,但LED朗伯辐射模式和光线多径效应等使VLC系统下行链路在同一接收水平面的光功率和照明强度分布不均匀,难以保证通信服务的公平性。提出了一种改进的遗传模拟退火算法(IGSAA)搜索最优的功率调节因子并调节LED阵列的发射功率。IGSAA基于不同接收点的接收功率差异的适应度函数,采用双点交叉操作方式并根据种群最优个体信息和进化代数设计自适应变异概率以增强算法的搜索能力,采用基于子群划分的概率交叉和变异方法以增加种群多样性。仿真结果表明,IGSAA能在有限进化代数内有效地提高室内VLC系统的覆盖均匀性。     

LED室内可见光语音通信系统设计及实现

LED灯作为主要的新型照明工具,因其较高的灵敏度,可用于光通信系统中。为了研究与验证LED室内可见光语音通信系统的接收性能与传输距离,参照红外通信的信道模型,融入反射光的影响因素,在使用室内标准照明的光发射功率下,采用多径叠加网格算法,计算桌面各接收点接收信号功率等参量的分布,并设计与实现了LED可见光语音单向通信系统的收发电路。结果表明,当LED灯的发射功率大于2W、信号物理层通信速率不高于1Mbit/s的情况下,系统能够满足信号接收功率与接收信噪比的实际通信要求,并能够实现10m距离内的信号无失真解码与清晰收听。这一结果对LED可见光通信系统进一步的研究与应用有一定的价值。     

基于信号高阶统计矩分析的信噪比盲评估算法

正确地进行信噪比(SNR)评估是CDMA系统进行有效通信的基础,也是某些算法实施的基础,如功率控制、多径搜索与跟踪等。传统的方式中,往往以接收到的信号幅度(信号 噪声)的大小来判断接收信号质量,这在SNR较大的情况下是可行的,但在小信噪比条件下,由于噪声干扰严重,接收信号幅度的大小,不能反映接收信号质量水平。只有接收信号SNR的大小,才能反映接收信号的实际质量。本文提出了一种基于信号高阶统计矩分析的SNR盲评估算法,计算机仿真结果表明,该算法较其他算法有更好的适应性。     

不同发散角的LED空间照度仿真分析

鉴于LED光强分布和间距对接收面照度均匀性有直接影响,本文利用Tracepro软件对不同发散角LED空间照度分布进行了仿真分析,给出了接收面中心照度均匀的LED最佳间距,为优化的LED阵列设计提供一定的理论支持.     

室内VLC系统光源布局设计

在可见光通信系统中,光源具有照明和通信的双重作用,由于房间的大小以及室内环境各不相同,难免会存在光照射不到或者光线比较微弱的地方,这些地方很有可能成为通信的盲区,这将会大大影响通信的质量,为了解决阴影效应,需合理对光源进行布局设计,以4 m4 m3 m房间为模型,采用四个LED列阵作为室内光源,将单个的LED光源看做朗伯光源,服从朗伯辐射模型,通过公式计算结合软件仿真分析对比得出了采用99大小的LED列阵,列阵距离屋顶边缘0.4 m,LED光源间的间距为0.03 m时,在满足国际室内照明标准的前提下,在距离屋顶2.25 m的4 m4 m接收平面上光照度分布最均匀,其均匀度达到90.4%。该光源列阵布局模型可推广到任意尺寸房间,为室内办公照明中光源的布局提供了一种可行的方案。     

OFDM雷达信号联合优化设计与处理方法

本文针对机载雷达探通一体化信号设计与处理的难匹配问题,提出正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）雷达信号联合优化设计与处理方法。首先,基于机载探通一体化系统发射和接收信号链路建立线性接收模型,接着基于最小二乘估计理论提出雷达脉压算法和通信解调算法;然后,分别推导雷达脉压和通信解调后的输出信噪比（Signal to Noise Ratio, SNR）,以雷达和通信输出SNR加权最大化为目标建立优化问题模型。由于该优化问题是一个NP难问题,本文提出降次-交替方向乘子法获取近似解。最后,通过仿真验证本文所提方法可以通过参数动态调整,适应探通一体的需求,并保持探测和通信性能。      

基于朗伯模型参数估计的VLC室内定位优化算法

为实现高精度室内定位,本文设计了一种可见光 通信(VLC)室内定位系统,并通过 结合优化的朗伯模型、码分多址技术(CDMA)、三边定位算法而有效提升了定位精度和系统 扩展性。首先,每个发光二极管(LED)的ID信息经过直接序列调制后加载到LED驱动电路上 ,LED发出带有自身ID信息的灯光信号。在接收端通过光电探测器(PD)接收灯光信号,并 根据扩频码的正交性恢复出ID信息及接收信号强度(RSS),以此提高信道容量并增强系统 抗干扰能力。然后,根据朗伯光源模型,由三边定位算法得出待定位点的定位估计坐标。为 进一步提高精度,引入k最近邻(KNN)思想,采集适当的指纹点并由指纹点信息对每盏灯在 定位估计坐标处的朗伯光源模型参数进行估计,由优化后的朗伯模型计算出精度更高的定位 坐标。在1m×1m×1.35 m的空间区域中,进行本VLC室内定位系统 的实验测试。结果表明,提 出的高精度VLC室内定位系统的平均定位误差降低至2cm左右,其定位精度相比于传统三边 定 位算法提升了30%。此外,该系统方案所采用基于指纹点信息优化朗 伯模型参数的方法具备良好的实用扩展性,可实现广阔的应用场景。     

基于相干合成的中继镜系统光束上行传输分析

建立了以相干光束阵列作为光源的中继镜系统模型,光源相位分布由随机并行梯度下降算法优化控制;定义了上行接收光束强度分布不均匀影响因子并分析了上行传输过程的评价函数;在H-V5/7模型大气湍流条件下分别计算了以相干光束阵列作为光源和以平台截断光束作为光源的中继镜系统的上行传输效能。结果显示,利用随机并行梯度算法控制多光束相干合成实现中继镜系统光束上行传输,系统上行传输能量耦合效率和上行接收光束强度均匀性均得到了有效的提高。对10 km上行传输过程,系统评价函数由0.6730提升至0.8838;对30 km上行传输过程,系统评价函数由0.4266提升至0.8560。     

空间调制无线光多输入多输出通信系统中自适应功率分配算法

在空间调制(SM)无线光多输入多输出(MIMO)通信(SM-OMIMO)系统中,为了在调制方法固定的条件下使系统的传输容量最大化,提出了一种新型自适应功率分配算法(PAA)。新算法采用蒙特卡罗模拟过程选择与具体信噪比(SNR)相对应的最优化功率分配系数。建立了室内通信环境模型,推导了SM-OMIMO系统的离散输入连续输出无记忆信道(DCMC)容量表达式;分析了新算法的分配原则及过程,并仿真研究了其系统性能,比较了不同发射接收阵组合条件下,各分配算法对系统DCMC容量增益的影响。仿真结果表明,低SNR条件下采用自适应PAA的系统DCMC容量明显高于传统的固定因子分配算法和均匀分配算法,在高SNR条件下更易达到DCMC容量饱和值,该结果可清晰表明信道的分集特征。因此,采用自适应PAA是提高SM-OMIMO系统传输速率的有效途径。     

基于室内可见光照明的位置服务系统

设计并实现了一种基于室内LED照明光源的位置服务系统。系统利用LED标签(LED ID)技术,LED提供照明的同时广播自身的位置ID信息,移动终端将接收到的ID信息与位置关联,实现自身的被动定位。可见光通信的调制编码以及解调解码模块均采用单片机处理器(PC)实现,并提供UART接口分别与PC控制端和手机显示端进行通信。PC控制端向LED信号源发送位置服务信息,LED信号源通过空间光传输方式将自身位置ID和接收到的位置服务信息广播出去。手机使用终端加载有Android操作环境下的室内定位导航软件,可以实时更新位置和位置服务信息。