Page 36 - 网络电信2023年4月刊
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解 决 方 案
其解调和模数转换恢复出原始信息。
2.2 光源布局方法 (7)
光源布局的方式有很多种，以LED灯珠为例，可通过其构成
多种光源列阵的光照明度分布。以此为基础，对灯珠的排列方 信号中的DC分量会在PD的接收中消除，PD的灵敏度增益用
式和间距实行优化，并根据LED光照度的分布构建单颗LED灯珠 Ｒ表示，则接收端输出的电信号为:
的光照度环形光源布局 ［7］ 。 s(t)=Ｒ×P r有效 ×M 1 ×f(t) (8)
环形光源布局是由半径不相同的圆环构成，每个圆环上的 由于信道中存在散弹噪声和热噪声，取值分别为 和
灯珠呈均匀分布状态。假设圆环的数量为M，第 i 个圆环的半 ，因此输出信号的信噪比SNＲ为:
径为 ri，每层圆环有 Ni 个 LED 单元构成，且 i = 1，…，M;
Ni≥3，因此，可用所有圆环上LED 灯珠光照度的线性叠加表示 (9)
光源阵列在照射面上的光照度，其公式为:
根据公式(7)以及(9)可得，D d 的变化会影响P r有效 和SNＲ的
变化。为保证接收信号的质量，针对P r 和D d 来说，前者应该越
大，后者应该越小则质量越好。经过推导得出，D d 在光通信系
(1) 统中相对固定，因此，将补偿阵列增加至环形阵列的四个角中
式中: I LED 表示垂直入射的发射强度; E( x，y，z)表示任 实行优化，完成角补偿阵列光源布局，如图2所示。
意照明点(x，y，z) 的光照度; j表示第j个圆环。
图2 角补偿阵列光源布局
两个小灯珠之间的最优间距计算结果为4.36cm，采用12个
小灯珠构成环形阵列光源布局，两个同心圆上的LED灯珠分别为
4和8。为获取r i 的最优解，对光照度求导，并设置x=0，y=0处
的( ) /( ) = 0，则求解等式为:
(2)
式中，m 为光照角度，其中:
(3)
2.3 基于遗传模拟退火算法的优化
将相关值g(r i ) 代入公式(2)中，两个同心圆环的最优半径 采用改进的遗传模拟退火算法实现LED功率调节因子优化。
通过计算得出，分别为 r 1 = 2.2cm，r 2 =6.5cm。 该算法以模拟退火算法为基础，融合遗传算法的寻优机制，因
LED的发光功率在光通信系统中表示辐射光能。中心发光功 此，具备较强局部搜索能力、划分子种群的多样性操作，并结
率可用单个LED灯珠发光功率表示，其为 P t (θ) ，单个LED灯 合了Metropolis接收准则，可对适应函数实行有效寻优，保证
珠的中心发光功率用P 0 表示。发光功率θ的朗伯分布情况为: 算法的全局搜索能力和进化能力，以此实现功率调节因子的优
化 ［8］ 。
2.3.1 基于光功率差异性信息的适应度函数
(4)
在光通信系统中，光纤是以垂直的方式入射到接收平面，A 作为遗传模拟退火算法选择个体依据的适应度函数具有重
要作用。传统的光通信系统优化的适应度函数以接收平面和接
为PD接收器的有效面积，LED与接收面的视距为 ，则
信道直流增益为: 收点的接收光率最大值、最小值和接收光功率方差为主，每个
接收点之间对于光功率差异性信息的接收无法充分利用 ［9］ 。因
此，个体的适应度函数f(c) 利用Ｒaj Jain等式设计完成，其
(5)
为:
调制后 LED 输出的光信号为:
p(t)=P t (1+M 1 ×f(t) ) (6)
LED的发射功率用P t 表示，调制指数用M 1 表示，时变信源信 (10)
号用 f(t) 表示。由于光通信系统受反射等多径因素的影响，
其时延扩展可以忽略，所以经可见光通信通道后的有效接收功 式中: 接收点j的有效接收光功率用P r有效 表示; 染色体(个
率为: 体)用c表示; 接收平面上的总接收点数用N rec 表示。在每一个接
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