基于室内可见光通信的覆盖优化技术研究

发布时间：2017-06-19 12:18

  本文关键词：基于室内可见光通信的覆盖优化技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术的智能家庭网络有效的解决了智能家庭网络接入用户容量问题、电磁干扰问题及安全性问题。但是VLC中接收平面的接收光功率、信噪比分布不均匀的问题将导致分布在房间内不同位置的智能设备无法享受到同样的服务质量,甚至导致由于接收信号功率不足而引起的通信失败,影响智能家庭中网络覆盖性能。因此,如何优化智能家庭中VLC功率覆盖均衡成为现今可见光通信技术的热点研究方向之一。本文基于可见光通信技术结合改进的布谷鸟搜索算法,提出了一种新的室内VLC光功率覆盖优化方案。该方案在VLC信号接收模型中引入了功率调节因子和信噪比调节因子,通过寻找最优的调节因子获取最优的室内光功率和信噪比分布。为了获得最优的调节因子,采用了群智能优化算法之一布谷鸟搜索算法,其采用莱维飞行搜索机制和偏好随机游走策略,这两种策略平衡了算法的局部搜索和全局搜索,改善了粒子群算法易出现早熟的问题。与其他智能优化算法比较,布谷鸟搜索算法更简单、函数中参数较少且易于实现,求解精度和收敛速度也明显比粒子群算法和遗传算法具有优势。为进一步提高布谷鸟算法的性能,本文提出了一种改进的布谷鸟搜索算法,改进后的布谷鸟算法在解决多目标优化问题时求精能力更高,收敛速度更快。另外,为便于工程技术人员快速高效地针对不同场景进行VLC光源设计,基于软件工程理论设计了一款室内VLC覆盖优化仿真系统,本文对系统的体系结构、需求、设计和实现等方面进行了介绍。本文具体完成的工作如下:(1)阐述可见光通信技术原理与发展现状。(2)介绍智能优化算法及其中常见的几种算法,着重介绍了布谷鸟搜索算法。为进一步提高布谷鸟搜索算法的求解精度和收敛速度,同时为了获得更加均匀的室内VLC光功率及信噪比分布,提出了一种改进的布谷鸟搜索算法,通过引入自适应步长因子和自适应发现概率机制,进一步提高了算法的收敛速度和求解精度,进而提高了室内VLC的光功率分布及信噪比分布的均匀性。(3)介绍VLC的基本原理与主要特性,给出室内可见光通信系统解决方案中关键参数设计实现,包括接收平面照明特性、接收光功率、信噪比、功率调节因子、目标函数。介绍了优化算法的关键程序代码及流程说明。(4)通过仿真实验证明改进的布谷鸟搜索算法对解决室内可见光通信覆盖问题的有效性、优越性。(5)证明最终获得的调节因子能较好实现智能家庭中VLC功率覆盖均衡及信噪比均衡。(6)设计了室内可见光通信管理系统,描述了系统体系结构、需求分析、软件设计功能模块说明及工作流程说明。
【关键词】：智能家庭网络 VLC技术 调节因子 布谷鸟搜索算法
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 可见光通信的研究背景11-15
• 1.1.1 可见光通信技术发展现状12-13
• 1.1.2 可见光通信的应用方向与研究趋势13-15
• 1.2 研究意义及主要工作15-16
• 1.3 论文组织结构16-17
• 第2章 智能优化算法17-23
• 2.1 智能优化算法17
• 2.2 几种常见的智能优化算法17-19
• 2.1.1 粒子群优化算法17-18
• 2.1.2 蚁群算法18
• 2.1.3 遗传算法18-19
• 2.3 布谷鸟搜索算法相关基础19-21
• 2.2.1 布谷鸟的繁殖行为19
• 2.2.2 莱维飞行（Levy Flights）的有效性19-20
• 2.2.3 布谷鸟搜索算法基本准则20-21
• 2.4 改进的布谷鸟搜索算法21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 室内可见光通信解决方案23-36
• 3.1 室内通信场景描述23-24
• 3.2 可见光通信的基本原理与主要特性24-25
• 3.3 室内可见光通信系统模型25-28
• 3.3.1 接收平面照明特性25-26
• 3.3.2 接收光功率26
• 3.3.3 信噪比26-27
• 3.3.4 调节因子27
• 3.3.5 目标函数表示27-28
• 3.4 改进的布谷鸟搜索算法流程及关键代码说明28-33
• 3.5 计算光功率及信噪比程序流程说明33-35
• 3.5.1 LED接收光功率程序流程33-34
• 3.5.2 LED接收信噪比程序流程34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第4章 室内可见光通信系统覆盖优化方案分析36-48
• 4.1 算法思路和实现说明36-37
• 4.2 仿真实验37-38
• 4.2.1 仿真场景37
• 4.2.2 调节因子的选取37-38
• 4.3 4*4LED阵列各参数优化前后的对比38-41
• 4.3.1 接收光功率38-40
• 4.3.2 信噪比40-41
• 4.4 不同LED阵列性能对比41-46
• 4.4.1 3*3LED阵列41-44
• 4.4.2 5*5LED阵列44-46
• 4.4.3 不同个数LED阵列优化性能对比46
• 4.5 几种智能优化算法的比较46-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第5章 室内可见光通信覆盖优化系统设计与实现48-61
• 5.1 系统总体需求概述48-49
• 5.2 系统功能需求分析49-52
• 5.2.1 系统交互模块需求分析49-50
• 5.2.2 系统控制模块需求分析50-51
• 5.2.3 系统计算模块需求分析51-52
• 5.3 系统设计与实现52-60
• 5.3.1 系统交互模块53-55
• 5.3.2 系统控制模块55-58
• 5.3.3 系统计算模块58-59
• 5.3.4 仿真系统界面59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第6章 总结与展望61-62
• 6.1 本文工作总结61
• 6.2 未来工作展望61-62
• 参考文献62-64
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果64-65
• 致谢65

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