1.一种室内可见光通信系统随机LED分布的信号均匀性优化方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:利用二项点过程BPP模拟室内可见光通信系统中LED的随机分布;
S2:输入室内可见光通信系统的固有参数和自适应蝙蝠算法的初始化参数;
S3:根据步骤S1的模拟结果和步骤S2的输入搭建室内可见光通信的系统模型,得到室内原始接收照度和接收光功率的分布情况;
S4:基于步骤S3的系统模型,通过设计的自适应蝙蝠算法优化LED半功率时的半角、中心发光强度和发射功率,得到LED分布的最佳参数配置;
S5:根据步骤S4的寻优结果,得到室内优化后的接收照度和接收光功率的分布情况。
2.根据权利要求1所述的室内可见光通信系统随机LED分布的信号均匀性优化方法,其特征在于:步骤S1中,输入发射端LED的数量,然后采用二项点过程BPP模拟LED的随机分布,具体模拟分布方式如下:LED在房间顶部平面R内呈二项式分布,M个LED被随机放置在长度为L的正方形平面R内,平面R内的点(xu,yu):xu,yu∈R(0,L),u=1,…,M,BPP随机分布的点按照随机变量X定位,二项式分布的概率密度函数如下:因此,在平面R内出现点(xu,yu)概率为:
其中概率pR由下式给出:
pR=∫RpX(x)dx (3)
随机分布的点数和点位置的概率密度函数通过pR密切联系在一起。
3.根据权利要求1所述的室内可见光通信系统随机LED分布的信号均匀性优化方法,其特征在于:步骤S2中所述系统固有参数包括:输入室内房间的尺寸、LED器件固有参数及其寻优范围、接收机数目、接收机器件固有参数;
所述自适应蝙蝠算法的初始化参数包括初始化种群数量、搜索维度、最大迭代次数和随机参数。
4.根据权利要求1所述的室内可见光通信系统随机LED分布的信号均匀性优化方法,其特征在于:通过步骤S1获得的室内LED的随机分布,联合步骤S2的固有参数,搭建室内可见光通信的系统模型,仅考虑室内的视距链路,设LED的辐射强度模型为朗伯模型,计算室内原始接收照度和接收光功率的分布情况;
所述室内原始接收照度为:
其中K表示光电接收器PD的数量,M表示发射端LED的数量,I(0)是LED的中心发光强度,θ为出射角,ψ为入射角,dij表示LEDi与光电接收器PDj之间的欧氏距离,表示为:其中(Xi,Yi,Zi)表示LEDi的空间坐标,其中(xj,yj,zj)表示PDj的空间坐标;
m是朗伯发射的阶数,由半功率角θ1/2表示:
室内原始接收光功率为:
其中Pti为LEDi的发射功率,Hij为信道增益,表示为:其中APD是接收器的有效接收面积,h表示接收平面距离地面的高度,Ts(ψ)表示光学滤波器增益,g(ψ)表示光学集中器增益,FOV表示接收器视野;矩形函数的模型rect(x)表示为:其中|x|表示被限制的区间自变量入射角与视场角比值的绝对值。
5.根据权利要求4所述的室内可见光通信系统随机LED分布的信号均匀性优化方法,其特征在于:所述步骤S4中,所述设计的自适应蝙蝠算法为:对标准蝙蝠算法引入自适应速度策略,即基于每个个体的适应度值和当前迭代次数,使其速度在更新时乘以一个自适应的权重w,构造自适应蝙蝠算法;
利用所述自适应蝙蝠算法优化室内LED半功率时的半角、中心发光强度和发射功率;改进后的速度更新规则由下式给出:其中w为速度权重,v为飞行速度,x为位移,f为声波频率,w的计算规则为:其中κ为常数,factori由下式给出:
其中fitnessi为同代中的蝙蝠个体的适应度值,fitnessmax为同代中的最大适应度值,fitnessmin为同代中的最小适应度值。
6.根据权利要求4所述的室内可见光通信系统随机LED分布的信号均匀性优化方法,其特征在于:步骤S4中,依据评价函数判断算法解的优劣,轮询保存算法的优胜解,直至算法终止后输出最优解作为最终的LED参数配置方案。
7.根据权利要求1所述的室内可见光通信系统随机LED分布的信号均匀性优化方法,其特征在于:步骤S5中,将步骤S4中优化得到的最佳参数配置带入步骤S3的系统模型,获得室内优化后的接收照度和接收光功率的分布情况,实现室内可见光通信系统随机LED的光信号均匀性分布。