基于LED陣列的室內(nèi)照明通信系統(tǒng)的光源布局分析

張立龍 北方民族大學電氣與信息工程學院

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進行室內(nèi)照明通信技術(shù)便應運而生。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，更具有調(diào)制性能好、響應靈敏度高等可喜的優(yōu)點。利用LED的低功耗等特點可以節(jié)約能源實現(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現(xiàn)光信號的發(fā)送而實現(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，符合照明標準，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格，本文設計了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準要求。但LED陣列通信系統(tǒng)的時延問題以及多徑效應問題都有待進一步的討論，此外出于節(jié)能方面的考慮，我們也可以設計功率補償機制的室內(nèi)燈光布局方案，以節(jié)省LED陣列的個數(shù)進而更加節(jié)省能源。