[發(fā)明專利]一種可見光通信光學(xué)接收天線結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2020-06-21
• 公開（公告）號: CN111865416B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔令豹;彭星
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 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

本發(fā)明屬于光學(xué)天線技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種可見光通信光學(xué)接收天線結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化方法。本發(fā)明方法包括三個基本步驟：田口正交試驗,包括確定優(yōu)化目標(biāo)、確定控制因子與水平、設(shè)置正交矩陣并完成實驗和性能評估；構(gòu)建模糊推理模型，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(jī)、解模糊器，獲取多重品質(zhì)特性指數(shù)；方差分析，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(xiàn)度、比較不同控制因子的貢獻(xiàn)度和MPCI值、驗證光學(xué)與信道性能、確定光學(xué)結(jié)構(gòu)的最佳參數(shù)組合。本發(fā)明能夠有效解決在選擇光學(xué)結(jié)構(gòu)最佳穩(wěn)健參數(shù)組合時存在的多質(zhì)量特性權(quán)衡難題，極大地提高了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的效率，可大大提高光學(xué)系統(tǒng)的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管(LED)相比于傳統(tǒng)照明方式具有低功耗、高亮度與長壽命等優(yōu)勢，目前已被廣泛應(yīng)用于信息顯示、視覺傳輸、照明等多種領(lǐng)域。白光LED性能的飛速提升，使得一種新興無線通信技術(shù)，即可見光通信技術(shù)應(yīng)運而生。與傳統(tǒng)射頻通信和其他光無線通信方式相比，可見光通信未受帶寬限制，不受電子設(shè)備的電磁干擾，安全保密性高，且LED照明通信設(shè)備易于安裝，具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在可見光通信系統(tǒng)中，對于光接收機(jī)而言，光學(xué)接收天線的設(shè)計是一項至關(guān)重要的工作。設(shè)計好的光學(xué)接收天線能夠有效提高光接收功率、光學(xué)增益和信噪比。為了提高可見光通信系統(tǒng)接收端的接收功率和信噪比，保證較高增益和較大的視場角，國內(nèi)外業(yè)界提出了各種光學(xué)天線的設(shè)計思路，其研究工作主要方向是設(shè)計新型天線結(jié)構(gòu)，但是對于適用于可見光通信光學(xué)接收天線結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法卻幾乎未見，而優(yōu)化方法的提出與研究也能夠推動系統(tǒng)性能的提升。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可大大提高系統(tǒng)的性能的可見光通信光學(xué)接收天線結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化方法，

本發(fā)明提供的可見光通信光學(xué)接收天線結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化方法，包括三個基本步驟：進(jìn)行田口正交試驗(Taguchi Method)，建立模糊推理模型、獲取多重品質(zhì)特性指數(shù)(MPCI)，進(jìn)行方差分析；其中：

(一)所述進(jìn)行田口正交試驗的步驟，包括：確定優(yōu)化目標(biāo)，確定控制因子與水平，設(shè)置正交矩陣并完成實驗和性能評估；得到目標(biāo)品質(zhì)因子特性；

(二)所述建立模糊推理模型、獲取多重品質(zhì)特性指數(shù)(MPCI)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(jī)、解模糊器，最后得到多重品質(zhì)特性指數(shù)(MPCI)；

(三)所述進(jìn)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(xiàn)度，比較不同控制因子的貢獻(xiàn)度和MPCI值，驗證光學(xué)與信道性能，確定光學(xué)結(jié)構(gòu)的最佳參數(shù)組合。

本發(fā)明步驟(1)中，所述確定優(yōu)化目標(biāo)、確定控制因子與水平、設(shè)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(xué)增益、光學(xué)接收功率、信噪比作為光學(xué)接收天線的優(yōu)化目標(biāo)；選取透鏡壁旋轉(zhuǎn)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，每個因子有三個水準(zhǔn)；采用L₉(3⁴)直交矩陣進(jìn)行9次實驗，得到不同參數(shù)組合下所確定優(yōu)化目標(biāo)的大小。

本發(fā)明步驟(2)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，采用以下公式來表示：

其中，y_i表示第i個品質(zhì)特性，n為試驗次數(shù)。

所述越小越好原則采用以下公式來表示：

其中，y_i表示第i個品質(zhì)特性，n為試驗次數(shù)。