用于VLC的LED半功率角优化布局方法研究

李昉+陈建平

中图分类号：TN929.1    文献标志码：A   文章编号：1009-6868 （2014） 06-0033-003

摘要：提出通过优化发光二极管（LED）半功率角的布局来提高室内可见光通信系统性能的方法。4种典型的LED布局方式的仿真结果表明，该方法对于提高可见光通信系统的信噪比、降低信噪比的波动有明显效果。对于均匀的LED布局方式，信噪比的波动从未优化时的5.2 dB大幅下降到0.3 dB。该方法不需要调节LED的功率，更适合于工程运用。

关键词： 可见光通信;发光二极管;优化布局

Abstract： This paper describes a method for optimizing the semi-angle at half power （SAHP） of a LED in order to improve indoor visible light communication. Four typical LED alignments are studied. The simulation results show that the proposed method increases SNR and reduces its fluctuation. Especially in the case of evenly distributed LED alignment， SNR fluctuation reduces significantly—from 5.2 dB to 0.3 dB. A distinguishing feature of this method is that the same power is used for each LED， which makes this method feasible for practical applications.

Keywords：  visible light communication; light-emitting diodes; alignment optimization

基于照明用发光二极管（LED）的可见光通信（VLC）具有高速、低成本、低能耗和无频段限制等方面的优势，近年来引发了业界和学术界的关注[1-8]。

为满足室内照明均匀性要求，通常采用大发射角的LED。但其多径效应会影响VLC系统性能，包括信噪比和带宽。为此，提出了多种优化方案，包括对LED布局、功率和发射角度进行优化。

文献[9-10]采用遗传算法来优化LED的功率以达到均匀照明同时降低均方根时延扩展性能。

文献[11]采用一种新的LED布局来减小信噪比的波动，仿真结果表明这种布局可以把信噪比的波动从14.5 dB减小到0.9 dB。

在文献[12]中，结合使用宽、窄两种发射角的LED以提高传输速率和均匀照明。

文献[13]通过在LED前放置光波形扩束器来扩展LED的覆盖区域，以均匀VLC接收端的功率分布。

文献[14]提出一种优化LED的半功率角（SAHP）的方法来提高可见光通信的性能。但是，由于其有限的优化参数和区域，使得性能提升效果相当有限。

在本文中，我们针对提高VLC系统信噪比及其均匀性，提出一种优化LED半功率角布局的方法，并给出基于非线性规划的求解方法。……