基于遺傳算法的可見光通信系統(tǒng)接收功率優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于可見光通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于遺傳算法的 可見光通信系統(tǒng)接收功率優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于發(fā)光二極管LED的室內(nèi)可見光通信技術(shù)，越來越受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注。LED具有 很多的優(yōu)點(diǎn)，比如說輻射效率高、使用壽命長、能耗低、環(huán)境友好性等。和傳統(tǒng)的光源相比， LED能夠同時提供通信和照明。然而，由于室內(nèi)鏡面天花板等的鏡面反射效應(yīng)，可見光通信 系統(tǒng)的多徑傳輸是不可避免的。多徑傳輸會導(dǎo)致位于不同位置的接收機(jī)接收到的功率是不 均勻分布的，即位于房間中心的接收機(jī)能比位于角落的接收機(jī)接收到更多的功率。
[0003] 為了減少不均勻功率覆蓋的影響，目前也提出了一些方法，主要把重點(diǎn)放在控 制LED光束和LED陣列分布上。例如Jupeng Ding等發(fā)表在Journal of the Optical Society of America A，2012,29(6):971_979?的題目為《Evolutionary Algorithm Based Uniform Received Power&I1lumination Rendering for Indoor Visible Light Communication》的論文提出了用進(jìn)化方法優(yōu)化發(fā)射端LED陣列的發(fā)射功率來達(dá)到優(yōu)化的 目的，然而，這些方法不但降低了光照水平，同時還增加了傳輸?shù)木礁鶗r延擴(kuò)展。此外， T.Komine 等發(fā)表在Wireless Communications, IEEE Transactions, 2009, 8 (6) ,2892-2900 的題目為《Adaptive equalization system for visible light wireless communication utilizing multiple white LED lighting equipment》的論文提出了基于自適應(yīng)均衡技術(shù) 的優(yōu)化方案，但自適應(yīng)均衡技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來十分復(fù)雜，成本也高。因此，在不影響光照水平和 均方根時延的前提下，簡單快捷地實(shí)現(xiàn)可見光通信接收功率分布的優(yōu)化很重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于遺傳算法的可見光通信系 統(tǒng)接收功率優(yōu)化方法，簡單快捷地實(shí)現(xiàn)可見光通信系統(tǒng)中接收功率分布的優(yōu)化，提高接收 功率的均勻性。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于遺傳算法的可見光通信系統(tǒng)接收功率優(yōu)化方 法，包括以下步驟：
[0006] S1 :將可見光通信系統(tǒng)的接收機(jī)組成的接收平面劃分為M個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)的 接收機(jī)采用透光率相同的聚光器，第m個區(qū)域聚光器的透光率記為l m，m的取值范圍為m = 1，2，...，M;
[0007] S2 :設(shè)置遺傳算法執(zhí)行總次數(shù)K，進(jìn)行K次遺傳算法，每次遺傳算法的具體步驟包 括：
[0008] S2. 1 :將M個透光率lm作為M個基因，組成一個個體L= (li，l2，…，1M)，隨機(jī)產(chǎn)生 N個個體組成一個初始種群；
[0009] S2. 2 :設(shè)定基于接收功率的個體適應(yīng)度的目標(biāo)函數(shù)，設(shè)定原則為：接收功率分布 越均勻，適應(yīng)度越高；
[0010] S2. 3 :計(jì)算種群中每個個體對應(yīng)的所有接收機(jī)的接收功率，并根據(jù)接收功率計(jì)算 每個個體的適應(yīng)度值；
[0011] S2. 4 :判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)的遺傳算法終止條件，如果不是，進(jìn)入步驟S2. 5,否則進(jìn) 入步驟2. 6 ;
[0012] S2. 5 :根據(jù)適應(yīng)度值進(jìn)行算法中的選擇、交叉、變異的操作得到子代種群，返回步 驟 S2. 3;
[0013] S2. 6 :在最后一代子代種群中篩選出一個適應(yīng)度值最大的個體作為最優(yōu)透光率組 合 Lk-(1 l，k, l2，k,…，lll，k);
[0014] S3 :將K次遺傳算法得到的最優(yōu)透光率組合Lk= (1 u，l2，k，…，lM，k)進(jìn)行平均，得 到透光率組合的最終結(jié)果￡ = ^乂,…,/,,)，將該透光率組合應(yīng)用于可見光通信系統(tǒng)。
[0015] 本發(fā)明基于遺傳算法的可見光通信系統(tǒng)接收功率優(yōu)化方法，首先將可見光通信系 統(tǒng)的接收機(jī)組成的接收平面劃分為若干個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)采用透光率相同的聚 光器，然后將這若干個區(qū)域的透光率作為基因得到一個個體，設(shè)置適應(yīng)度的目標(biāo)函數(shù)，采用 遺傳算法得到最優(yōu)透光率組合，重復(fù)若干次遺傳算法后，將得到的最優(yōu)透光率組合進(jìn)行平 均，得到最終的透光率組合結(jié)果。采用本發(fā)明可以有效地提高可見光通信系統(tǒng)中接收功率 的均勻性，而且簡單易行，并且本發(fā)明是在接收端進(jìn)行調(diào)控，不會對發(fā)射端功率造成影響， 因此也不會對室內(nèi)的照明水平和傳輸時延造成影響。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明基于遺傳算法的可見光通信系統(tǒng)接收功率優(yōu)化方法的具體實(shí)施方 式流程圖；
[0017] 圖2是本實(shí)施例的接收平面示意圖；
[0018] 圖3是本實(shí)施例的LED發(fā)射機(jī)配置圖；
[0019] 圖4是本實(shí)施例中的接收平面劃分示意圖；
[0020] 圖5是未采用接收功率優(yōu)化方法的接收功率分布圖；
[0021] 圖6是采用本發(fā)明接收功率優(yōu)化方法的接收功率分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許 會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這里將被忽略。
[0023] 實(shí)施例
[0024] 圖1是本發(fā)明基于遺傳算法的可見光通信系統(tǒng)接收功率優(yōu)化方法的具體實(shí)施方 式流程圖。如圖1所示，本發(fā)明基于遺傳算法的可見光通信系統(tǒng)接收功率優(yōu)化方法包括以 下步驟：
[0025] S101 :接收平面劃分：
[0026] 將可見光通信系統(tǒng)的接收機(jī)組成的接收平面劃分為M個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)的接 收機(jī)采用透光率相同的聚光器，第m個區(qū)域聚光器的透光率記為lm，m的取值范圍為m = 1，2,…，M〇
[0027] 圖2是本實(shí)施例的接收平面示意圖。如圖2所示，本實(shí)施例中房間的長5米、寬5 米、高3米，是全空的，不含任何的干擾光源和遮擋。在地面平均分布25X25 = 625個接收 機(jī)，接收平面位于距離地面0.85米處。圖3是本實(shí)施例的LED發(fā)射機(jī)配置圖。如圖3所 示，本實(shí)施例中共計(jì)3 X 3 = 9個LED發(fā)射機(jī)陣列，均勻分布在天花板上，每個LED發(fā)射機(jī)陣 列中包含7X7 = 49個LED發(fā)射機(jī)。圖4是本實(shí)施例中的接收平面劃分示意圖。如圖4所 示，本實(shí)施例中接收平面劃分為5 X 5 = 25個區(qū)域，每個區(qū)域中有25個接收機(jī)，每個接收機(jī) 使用的聚光器的透光率均相同。則本實(shí)施例中共計(jì)25個透光率。實(shí)際應(yīng)用中接收平面的 區(qū)域劃分不一定是均勻，可以根據(jù)環(huán)境的實(shí)際情況進(jìn)行劃分。
[0028] S102 :設(shè)置遺傳算法執(zhí)行總次數(shù)K。本實(shí)施例中設(shè)置K = 20。
[0029] S103:$k=l。
[0030] S104 :生成第k次遺傳算法的初始種群：
[0031] 將M個透光率lm作為M個基因，組成一個個體L= (li，l2，…，1M)，隨機(jī)產(chǎn)生N個 個體組成一個初始種群。
[0032] S105 :設(shè)定基于接收功率的個體適應(yīng)度的目標(biāo)函數(shù)，設(shè)定原則為：接收功率分布 越均勻，適應(yīng)度越高。本實(shí)施例中采用的適應(yīng)度的目標(biāo)函數(shù)為：
[0033]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于遺傳算法的可見光通信系統(tǒng)接收功率優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步 驟： 51 :將可見光通信系統(tǒng)的接收機(jī)組成的接收平面劃分為M個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)的接 收機(jī)采用透光率相同的聚光器，第m個區(qū)域聚光器的透光率記為l m，m的取值范圍為m = 1，2，...，M; 52 :設(shè)置遺傳算法執(zhí)行總次數(shù)K，進(jìn)行K次遺傳算法，每次遺傳算法的具體步驟包括： S2. 1 :將M個透光率Im作為M個基因，組成一個個體L = (I i，I2，…，1M)，隨機(jī)產(chǎn)生N個 個體組成一個初始種群； S2. 2 :設(shè)定基于接收功率的個體適應(yīng)度的目標(biāo)函數(shù)，設(shè)定原則為：接收功率分布越均 勻，適應(yīng)度越高； S2. 3 :計(jì)算種群中每個個體對應(yīng)的所有接收機(jī)的接收功率，并根據(jù)接收功率計(jì)算每個 個體的適應(yīng)度值； S2. 4 :判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)的遺傳算法終止條件，如果不是，進(jìn)入步驟S2. 5,否則進(jìn)入步 驟 2. 5 ; S2. 5 :根據(jù)適應(yīng)度值進(jìn)行算法中的選擇、交叉、變異的操作得到子代種群，返回步驟 S2. 3 ； S2. 6 :在最后一代子代種群中篩選出一個適應(yīng)度值最大的個體作為最優(yōu)透光率組合Lk 一（ll，k, l2，k,…，Vk); 53 :將K次遺傳算法得到的最優(yōu)透光率組合Lk= (I u，l2，k，…，lM，k)進(jìn)行平均計(jì)算平 均，得到透光率組合的最終結(jié)果￡ = Μ，/2，…,4)，將該透光率組合應(yīng)用于可見光通信系 統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光通信系統(tǒng)接收功率優(yōu)化方法，其特征在于，所述適應(yīng) 度O(Lv)的目標(biāo)函數(shù)為：
其中，max^ (Lv)和HiinPJLv)分別表示對于一個特定的透光率組合個體Lv，整個接收平 面內(nèi)所有接收機(jī)接收功率中的最大值與最小值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于遺傳算法的可見光通信系統(tǒng)接收功率優(yōu)化方法，首先將可見光通信系統(tǒng)的接收機(jī)組成的接收平面劃分為若干個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)采用透光率相同的聚光器，然后將這若干個區(qū)域的透光率作為基因得到一個個體，設(shè)置適應(yīng)度的目標(biāo)函數(shù)，采用遺傳算法得到最優(yōu)透光率組合，重復(fù)若干次遺傳算法后，將得到的最優(yōu)透光率組合進(jìn)行平均，得到最終的透光率組合結(jié)果。采用本發(fā)明可以有效地提高可見光通信系統(tǒng)中接收功率的均勻性，而且簡單易行，并且本發(fā)明是在接收端進(jìn)行調(diào)控，不會對發(fā)射端功率造成影響，因此也不會對室內(nèi)的照明水平和傳輸時延造成影響。
【IPC分類】H04B10-67, H04B10-116
【公開號】CN104539362
【申請?zhí)枴緾N201510004784
【發(fā)明人】彭云峰, 劉宇涵
【申請人】北京科技大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月6日