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基于遗传算法的室内光无线通信功率分布优化方案

基于遗传算法的室内光无线通信功率分布优化方案

 目前,传统的无线频段已经过于拥挤且需要很高的功耗以满足不断增长的数据业务。这预示着未来传统无线技术及60GHz技术将无法满足持续论文联盟.Ll.增长的无线数据需求(如bile TV及B)。另一方面,新型的光无线接入技术具备带宽资源丰富、保密性强、传输潜能巨大等诸多优点,因而受到了许多的关注和研究支持[1-10]。
  针对光无线通信的许多研究已经相继问世,如何有效地克服多径信道传输对通信表现的不利影响,依旧是光无线系统设计层面一个极富挑战的问题[11-14]。由于相应的信道特性不仅取决于房间的具体尺寸、室内与光线发生反射作用的表面反射特征,而且受到室内物体的影响,这一系列因素使得同一光无线移动接受终端在不同的室内接受位置可能显示出明显的表现差异。
  在已有的研究中[1],已针对接收端光信号功率分布的不理想状况给出了量化分析,作为已有工作的延伸,本文提出了一种基于遗传算法的优化方案对发送端光功率进行控制进而最终在室内不同接受位置获得一致的表现特性。
  1室内光无线系统模型
  1.1常规漫射模型
  为了计算入射到探测器上的全部光信号功率(含经过反射路径部分),将室内环境分成众多尺寸很小的表面反射元素,其中每一个反射元素可以认为具有理想的朗伯反射特性。考虑到多次反射对接收端的影响已经相当微小,本文只考虑三次以内反射对接收端的贡献。具体的系统分析场景为一个空的长方体状房间,相应的长宽高尺寸分别是8,4,3。房间内四周墙壁、天花板及地面的反射系数分别是0.8,0.8和0.3,如图1所示。
  
  图片
  图1天花板处安装21组LED灯的室内光无线通信场景

  1.2接收信号功率
  
  在上述场景配置中,I=21组照明灯被均匀地布置于天花板上,如图1所示。其中,每组灯由49(7&ties;7)个LED组成,每组灯中LED间距是4。依据文献[1]所述,单一LED的辐射功率分布可由朗伯辐射特性很好地近似,也就是说辐射强度与发射角度满足余弦关系。此外,本文沿用已有的实测结果,LED的半功率角为Φ1/2= 54deg,中心辐射强度分别为I(0)= 32.69d,单一LED的发射功率为Pt = 174 [1]。本文将房间内距地面1的平面作为多个接收器均匀分布的通信平面,接收位置的总数是J=1568。在接收端,接收器的视场角50deg,接收器的有效探测面积为A=12。
  
  每个接收器所接收到的具体信号功率可由直射信道增益Hd(0)以及反射信道增益Href(0)如式(1)算出:
  Pr(Rj)=&su;Ii=1{PtHd(0;Si,Rj)+∫AsurPtHref(0;Si,Rj)}(1)其中:Si代表第i组LED灯, Rj是第 j个接收器而Asur是所有反射表面的面积总和。对应地,在Si和Rj之间的信道直流增益可由式(2)得到:
  Hd(0;Si,Rj)=
  
  (+1)A2πD2ds(φ)Ts(ψ)g(ψ)s(ψ),0≤ψ≤Ψ
  0,ψ>Ψ (2)其中:φ是辐射出射角, ψ是辐射入射角, 是光源Si的朗伯指数, A是光探测器的有效探测表面积,Dd是Si同Rj之间的距离,Ts(ψ)是光滤波器的接受增益且Ψ每个接收器的视场角代表。此外,g(ψ)为光集中器的增益,具体当0≤ψ≤Ψ该增益可以表示为 g(ψ)=n2/sin2(Ψ),而其他情况下g(ψ)=0。
  第4期
  徐春:基于遗传算法的室内光无线通信功率分布优化方案计算机应用 第32卷
  
  为进一步计算通过反射路径获得的直流增益,本文将实验房间所有内表面分割为大小相同的微分元素。每个元素的面积为dA 且反射系数是&rh;。所有这些微分元素都可以看作一般的朗伯源,它们将入射到自身的光信号沿自身法线方向遵从朗伯模式向外进行漫反射。由于本文将考虑三次以内的反射情况,所以这一经过反射路径的直流信道增益可依据式Href(0;Si,Rj)=&su;3k=1(&su;Nl=1H(k-1)(0;Si,δl)H(0)(0;δl,Rj))给出。其中:N 为微分元素的总数,k为反射次数。而H(0)(0;δl,Rj)的具体表达式可通过参考式

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