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        基于LED陣列的室內(nèi)照明通信系統(tǒng)的光源布局分析

        2019-05-10 09:52:36張立龍北方民族大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院
        數(shù)碼世界 2019年4期
        關(guān)鍵詞:光輻射光照度光通信

        張立龍 北方民族大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院

        關(guān)鍵字:照明通信 光源布局 建模分析 MATLAB仿真

        1 引言

        隨著照明技術(shù)以及光通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,利用LED進(jìn)行室內(nèi)照明通信技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)的白熾燈、日光燈相比,LED不僅具有低功耗、長壽命、高亮度、綠色環(huán)保等顯著的優(yōu)點(diǎn),更具有調(diào)制性能好、響應(yīng)靈敏度高等可喜的優(yōu)點(diǎn)。利用LED的低功耗等特點(diǎn)可以節(jié)約能源實(shí)現(xiàn)室內(nèi)綠色照明,而利用LED的調(diào)制性能便可以發(fā)出人眼無法感知的高速光脈沖信號實(shí)現(xiàn)光信號的發(fā)送而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明通信。

        2 室內(nèi)照明通信系統(tǒng)的光源布局優(yōu)化

        對5m×5m×3m的室內(nèi)模型下的4個LED陣列采用高度對稱的布局分布,如下圖1示,即取L=0.85m,m=1.7m(m為LED陣列之間的間距以及LED陣列邊緣到房頂邊緣的距離L),光輻射功率分布和光照度分布仿真分別如下圖2和圖3所示。

        圖1 4個LED陣列布局圖

        圖2 4個LED陣列光功率圖

        圖3 4個LED陣列光照度圖

        但4個LED陣列布局中,光照度分布圖正中心位置存在光照度峰谷區(qū),為了使室內(nèi)光照度盡量均勻分布我們改進(jìn)布局如下圖4所示的5個LED陣列光源布局示意圖,取L=0.85m,m=1.7m,且n=0.8m(其中n為中間的LED陣列到四個墻角的LED陣列距離),對應(yīng)的光功率和光照度分布仿真分別如下圖5和圖6示。

        圖4 5個LED陣列布局圖

        圖5 5個LED陣列光功率圖

        圖6 5個LED陣列光照度圖

        為了同時實(shí)現(xiàn)照明和通信的雙重功能,因此光源功率要足夠大,因此我們又考慮9個LED陣列布局成的光源布局如下圖7所示(其中L=0.5m,m=2.4m,n=0.8m)。這樣不僅僅避免了單個大功率的LED造成的發(fā)熱問題,還有益于光照度在室內(nèi)空間內(nèi)分布更加均勻化。對應(yīng)的光輻射功率分布和光照度分布仿真分別如下圖8和圖9所示。圖中所示光照度分布極其均衡勻稱,符合照明標(biāo)準(zhǔn),滿足通信要求。

        3 結(jié)論與展望

        在基于LED可見光的室內(nèi)照明通信系統(tǒng)中,LED光源既要滿足照明要求又要作為光通信系統(tǒng)的發(fā)射源,因此對光源的功率要求和光照度空間布局要求都比較嚴(yán)格,本文設(shè)計了LED陣列模型即解決了單個LED光源照度不均勻問題又確保了室內(nèi)空間里的光功率問題,進(jìn)一步的討論了室內(nèi)可見光通信LED陣列布局問題,幾種布局模型都滿足室內(nèi)通信條件符合光照度標(biāo)準(zhǔn)要求。但LED陣列通信系統(tǒng)的時延問題以及多徑效應(yīng)問題都有待進(jìn)一步的討論,此外出于節(jié)能方面的考慮,我們也可以設(shè)計功率補(bǔ)償機(jī)制的室內(nèi)燈光布局方案,以節(jié)省LED陣列的個數(shù)進(jìn)而更加節(jié)省能源。

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