[发明专利]煤矿工作面可见光通信分布式光源布置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿工作面光源布置方法，特别是一种煤矿工作面可见光通信分布式光源布置方法。

背景技术

目前，煤矿音频、视频、数据信息传输主要借助于有线与无线相结合的通信方式实现井下井上的实时通信，随着采煤机的掘进工作面通信空间不断变化，铺设有线十分不便，无线通信是最优通信方式。传统的无线电泄漏、小灵通、CDMA、WiFi通信技术在井下应用都存在一定的局限性。无线电泄漏通信技术成本高，能耗大，小灵通也逐渐退出市场，WiFi是目前最新的无线通信技术，这几种无线通信技术都是借助无线电波通信，煤矿井下通信空间为有限空间，无线电波传输时多径现象严重，为了克服多径现象保证数据准确性，信号调制方式、通信设备等复杂程度大大增加，同时，数据速率限制在100Mbps以内，无法达到高速数据速率。

可见光通信借助发光二极管收发设备简单，传输速度快，误码率低，多径现象弱，通信的同时提供照明，同时，煤矿井下工作面的可见光通信空间与地面通信空间相比没有太阳光等强背景噪声干扰，光源背景噪声小，光源就是信号源，同时黑色的煤壁对可见光的反射能力弱，反射光能量约为入射光照度的5%左右，经过空气媒介一定传输距离衰减后到达光接收器的光信号几乎可以忽略不计，可见光通信系统是解决煤矿井下无线通信一种有效通信技术。

可见光通信系统中多采用强度调制——直接检测的方式实现数据通信，直接检测由光电探测器直接探测LED发出的光波信号，因而要使通信效果达到最优，须使同一水平面上分布的光照信号变化越小，即同一水平面光信号分布越均匀通信均匀效果越好，从而降低通信接收设备的要求，使得通信接收设备得以简化。如何提高接收平面光信号的覆盖均匀性，与LED光源分布密切相关，有OMEGA工程研究团队提出的均匀方阵LED分布光源布局，日本庆应大学的Nakagawa研究团队为了工程实现的方便，提出了分组LED阵列光源布局，2012年新加坡南洋理工大学的Wang Zixiong等人提出了12+4的分布模式，12盏LED光源均匀分布于以r为半径的圆周上，4盏LED光源分布于方形通信空间4个角落，从而降低光接收平面信噪比的波动。

日本索尼株式会社申请的接收设备，发送设备和通信系统专利，专利号CN1316835A，给出了能可靠发送和接收高速光信号的一种接收设备和发送设备，以及采用该设备的通信系统，其中发送设备使用白光LED阵列，如4行4列LED阵列，所有发光二极管功率相同，用于办公室或者家庭内的照明和通信。南京邮电大学2012年申请基于白光LED的预编码MU-MIMO室内可见光通信系统经过信号预编码，再采用LED阵列发送光信号，接收电路经过信号输出处理单元输出，以此消除多用户干扰，有效降低接收端的复杂度，没有提到LED阵列的具体形式。

以上设计方法中存在的问题是：一是国内外对于可见光通信中LED光源分布的研究都限于对正方体形通信空间的研究，其光源分布方法不能直接适用于矿井工作面长方体形的通信空间，且布局方法较为繁杂，在狭小的工作面空间的液压支架顶板布局不易实现。二是所用LED光源均为等功率光源，通过改变LED布局达到提高光接收面信号的均匀性效果，这种方法不但效果有限，而且不能针对不同形状的通信空间，不具一般性且在煤矿工作面改变光源布局实施复杂。

发明内容

本发明的目的针对煤矿工作面提供一种可见光通信分布式光源布置方法，该方法比现有方法简单，易实施，能有效适用于在狭小工作面空间的液压支架顶板布局。解决目前可见光通信中LED光源分布的研究方法复杂不易实施，不适用于矿井工作面布局的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：将煤矿井下工作面长方体形通信空间分割成顶部为方形的若干小通信空间，小通信空间采用每个LED光源与其相邻光源或者边界相隔距离等同的方式在液压支架上均匀分布大功率本质安全型白光LED光源，即在煤矿工作面长方体形通信空间等功率均匀分布式LED光源布局方法；在此基础上，进一步修正边缘光源功率，以光探测器接收平面信噪比偏离平均值均方误差最小为准则调整可见光通信空间位于边缘或四边位置LED光源功率，为基于边缘功率修正法的均匀分布式LED光源布局方法；两种方式均以建立构建煤矿工作面光接收面的接收信号模型为分析基础。

所述的煤矿工作面长方体形通信空间等功率均匀分布式LED光源布局方法：

采用均匀空间分割的方式是以煤矿工作面液压支架顶板组成的平面为上平面，以液压支架顶板的长度为边长，将煤矿工作面可见光通信空间分割成顶部为方形的若干通信空间，每个通信空间采用均匀方式分布大功率本质安全型白光LED光源；