优化灯排布提升室内可见光通信性能：Convex方法的应用

室内可见光通信是一种新兴的无线通信技术，它利用LED灯作为传输媒介，将照明和数据传输功能结合起来。然而，由于非相干多径弥散信道的特性以及LED灯发射机自身的局限，这种系统在提供均匀的通信性能方面面临挑战。传统照明设备无法解决功率覆盖不平坦的问题，导致通信质量不一致。 针对这一问题，本文提出了一种基于Convex最优化的灯排布方案，采用了反向设计的方法来克服信道不平等和发射机特性的影响。Convex最优化是一种优化理论，能够在解决复杂问题时找到全局最优解，对于提高室内可见光通信系统的性能非常适用。 文章首先构建了一个5m×5m×3m的无障碍物典型模型，通过将天花板划分为64个小正方形区域，每个区域设置一个LED发射机，接收面则由100个相同大小的正方形区域组成，每个区域配备PD光接收机。模型考虑了LED的半功率角、接收机的视场角和物理面积等因素。 接收光功率是衡量通信质量的关键指标。文章假设每个LED光源遵循朗伯辐射模型，其发光强度可以通过特定公式计算。在设计过程中，通过Convex优化方法调整灯的布局，目标是减少接收光功率的波动，提升系统的Q因子，从而实现接近均匀的通信性能。 仿真结果表明，采用反向设计的Convex优化方案显著提高了系统的性能。接收光功率的波动从初始的2.706 dB降低到了0.277 dB，而Q因子也从3.224跃升至36.271，这不仅满足了通信需求，还兼顾了照明功能。这种方法的实施，为室内可见光通信系统的均匀性问题提供了一种有效且可行的解决方案，为未来的研究和实际应用开辟了新的途径。