[發明專利]一種可見光通信光學接收天線結構參數的優化方法

有效

• 申請號: 202010570121.5
• 申請日: 2020-06-21
• 公開（公告）號: CN111865416B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 孔令豹;彭星
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/67
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.一種可見光通信光學接收天線結構參數的優化方法，其特征在于，包括三個基本步驟：進行田口正交試驗，建立模糊推理模型、獲取多重品質特性指數，進行方差分析；其中：

步驟一、所述進行田口正交試驗的步驟，包括：確定優化目標，確定控制因子與控制因子的水平，設置正交矩陣并完成實驗，得到目標品質因子特性，并進行性能評估；

步驟二、所述建立模糊推理模型、獲取多重品質特性指數的步驟，包括：計算S/N比例，性能評估歸一化，建立模糊器、模糊推理機、解模糊器，最后得到多重品質特性指數；

步驟三、所述進行方差分析的步驟，包括：計算試驗總方差和平均方差，計算不同控制因子的貢獻度，比較不同控制因子的貢獻度和不同控制因子的多重品質特性指數，驗證光學與信道性能，確定光學天線結構的最佳參數組合；

步驟一中所述確定優化目標、確定控制因子與控制因子的水平、設置正交矩陣并完成實驗和性能評估，具體操作流程為：選取光學增益、光學接收功率、信噪比作為光學接收天線的優化目標；選取透鏡壁旋轉角度β、底部厚度H、半球形光束整形鏡半徑尺寸R、兩級透鏡空間間隔距離L作為控制因子，每個因子有三個水平；采用L₉（3⁴）直交矩陣進行9次實驗，得到不同結構參數組合下所確定優化目標的大小，作為目標品質因子特性；

性能評估歸一化是將光學增益、接收功率、信噪比、光斑大小與均勻性所計算得到的S/N比例進行歸一化處理。

2.根據權利要求1所述的可見光通信光學接收天線結構參數的優化方法，其特征在于，步驟二中所述計算S/N比例是采用越大越好的原則或者越小越好的原則；

所述越大越好原則，公式表示為：

其中，y_i表示第i個品質特性，n為試驗次數；

所述越小越好原則，公式表示為：

其中，y_i表示第i個品質特性，n為試驗次數。

3.根據權利要求1所述的可見光通信光學接收天線結構參數的優化方法，其特征在于，步驟二中所述建立模糊推理模型、獲取多重品質特性指數（MPCI）的具體流程為：將田口正交試驗得到的目標品質因子特性實驗數據經歸一化的S/N比例作為模糊推理模型的輸入；

該輸入經過隸屬度函數被模糊化成適當的語意值，該語意值經過模糊規則庫與模糊推理機進行合成運算，合成運算的結果即為多重品質特性指數（MPCI），該多重品質特性指數（MPCI）是明確的輸出數值，其數值越大代表所選光學結構參數組合的性能越好；其中：

所述模糊規則庫，是一組由If-Then形式的模糊規則組成，用來表達系統輸入輸出之間的推論關系，在模糊推理模型中，采用語意式模糊規則如下：

Rule1:If X₁ is A₁ and X₂ is B₁and X₃is C₁, then Y₁ is D₁；

Rule2:If X₁ is A₂ and X₂ is B₂and X₃is C₂, then Y₁ is D₂；

......

Rulen:If X₁ is A_n and X₂ is B_nand X₃is C_n, then Y₁ is D_n；

其中，A_i、B_i、C_i、D_i相對應的隸屬函數為μ_Ai、μ_Bi、μ_Ci、μ_Di；i=1,2,…,n；

所述輸出變量通過隸屬度函數進行語意分割；

所述合成運算中，若是X₁、X₂、X₃作為模糊推理模型系統的輸入，則模糊推理系統輸出的隸屬函數表示為：

式中：∧表示最小，∨表示最大；

所述解模糊器，采用重心法解模糊，即將經過模糊推理模型推論得到的上述轉換成為確定的數值y₀，y₀的表達式為：

式中：表示y_i屬于模糊集合D₀的歸屬值；y₀表示多重品質特性指標的數值。

4.根據權利要求2所述的可見光通信光學接收天線結構參數的優化方法，其特征在于，步驟三中所述進行方差分析的具體流程為：

方差SS_T由S/N值的方差和給出：

其中，SS_T=SS_d+SS_e，SS_d表示方差和，SS_e表示錯誤的方差和，n是實驗數，η_i是控制因子中的每個影響因子第i次實驗的S/N值，η_n為 S /N值的平均值；

所述控制因子的貢獻度采用下式表示：

得到貢獻度后，將其與MPCI值形成對比，得到貢獻度大的控制因子，多重品質特性指數也較大，進而驗證多重品質特性指數評估光學接收天線優化性能的準確性；驗證所得到最大多重品質特性指數對應的結構參數組合的光學與信道性能，計算其對應的光學增益、光學接收功率與信噪比，得到優化最佳參數組合的優化目標參數大小。