一种矿井巷道可见光灯源布局方法和可见光通信系统与流程

1.本技术涉及巷道光源布局技术领域，特别涉及一种矿井巷道可见光灯源布局方法和可见光通信系统。


背景技术：

2.目前，现有的可见光通信系统大多用于室内，矿井巷道内由于在地下，与室内通信空间相比，没有类似太阳光和反射光的干扰，并且矿井巷道内巷道壁颜色为黑色，对光的反射较小，加上在空气中传播导致反射信号的衰减，到达接收器的反射信号几乎可以忽略，因此，可见光通信系统对于矿井下的通信是一种行而有效的系统。
3.矿井下巷道可见光通信系统安装在巷道的顶部，在巷道可见光通信系统中，发光二极管作为发射所需的光源，接收器收集光信号，滤光器用于降低环境光产生的光噪音的影响，聚光器用于提高接收器处的信噪比。传统的巷道可见光通信系统中，光源以矩阵平均排列的方式(如图1所示)布局，每个灯之间的距离是相同的，虽然能满足国际照明要求的标准，但是，均匀度不高，且使用较多的灯，不可避免的造成了功耗浪费且增加了灯间的码间串扰。
4.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种矿井巷道可见光灯源布局方法和可见光通信系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
6.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
7.本技术提供了一种矿井巷道可见光灯源布局方法，包括：在所述矿井巷道的进出口处的顶面布设第一可见光灯源；在所述矿井巷道的中部的顶面布设呈矩形分布的第二可见光灯源；沿所述矿井巷道的轴线，在所述矿井巷道的顶面线性布设第三可见光灯源；其中，所述第一可见光灯源中每个可见光灯距离所述矿井巷道的巷道壁的距离为0.1米；所述第二可见光灯源中的每个可见光灯距离所述巷道壁的距离不大于0.25米；所述第三可见光灯源中两端的可见光灯与所述第一可见光灯源中的可见光灯对齐，且沿所述矿井巷道的宽度方向，所述第三可见光灯源中的可见光灯与相邻的所述第二可见光灯源中的可见光灯的距离不小于1.25米；沿所述矿井巷道的长度方向，所述第二可见光灯源中相邻两个可见光灯以第一间距布设，所述第三可见光灯源中相邻两个可见光灯以第二间距布设，且所述第二间距与所述第一间距相同；所述第一间距表示沿所述矿井巷道的长度方向，所述第二可见光灯源中相邻两个可见光灯之间的距离；所述第二间距表示沿所述矿井巷道的长度方向，所述第三可见光灯源中相邻两个可见光灯之间的距离。
8.优选的，所述第一可见光灯源中的可见光灯在所述矿井巷道的进出口处对称均布。
9.优选的，所述矿井巷道的长度至少为所述矿井巷道的宽度的4倍，且所述矿井巷道
的宽长比为(1:8，1:5)。
10.优选的，所述第一可见光灯源有4个，4个所述第一可见光灯源分别均布于所述矿井巷道的进出口处的顶面；所述第二可见光灯源的可见光灯的布设坐标为：所述第三可见光灯源的可见光灯的布设坐标为：其中，d表示第一间距，l表示所述矿井巷道的长度，w表示所述矿井巷道的宽度；m＝0，1。
11.优选的，所述矿井巷道的宽度为[2.5，4]米。
[0012]
优选的，所述第一间距为(1，1.75)米。
[0013]
优选的，所述矿井巷道的宽度为4米，对应的，所述第一间距为1.5米。
[0014]
优选的，所述可见光灯为led灯。
[0015]
优选的，所述led灯的发射半功率角为[50
°
，70
°
]。
[0016]
本技术实施例还提供一种矿井巷道可见光通信系统，采用上述任一实施例所述的矿井巷道可见光灯源布局方法。
[0017]
与最接近的现有技术相比，本技术实施例的技术方案具有如下有益效果：
[0018]
本技术实施例的技术方案中，将第一可见光灯源在矿井巷道的进出口处的顶面布设；将第二可见光灯源呈矩形布设在矿井巷道的中部的顶面；沿矿井巷道的轴线，在矿井巷道的顶面线性布设第三可见光灯源。同时，第一可见光灯源中每个可见光灯距离矿井巷道壁的距离为0.1米，第二可见光灯源中每个可见光灯距离巷道壁的距离不大于0.25米，且沿矿井巷道的宽度方向，第三可见光灯源中的可见光灯与相邻的第二可见光灯源中的可见光灯的距离不小于1.25米；第三可见光灯源中两端的可见光灯与第一可见光灯源中的可见光灯对齐；而且，沿矿井巷道的长度方向，第二可见光灯源中相邻两个可见光灯以第一间距布设，第三可见光灯源中相邻两个可见光灯以第二间距布设，且第二间距与第一间距相同；第一间距表示沿矿井巷道的长度方向，第二可见光灯源中相邻两个可见光灯之间的距离；第二间距表示沿矿井巷道的长度方向，第三可见光灯源中相邻两个可见光灯之间的距离。
[0019]
籍此，通过矿井巷道的四周(矿井巷道的进口处和出口处)布置可见光灯提高四周的光照度，保证矿井巷道四周的光照强度；在矿井巷道内部以矩形的方式布局可见光灯，同时，使矩形布置的可见光灯距离巷道壁的距离不大于0.25米，有效避免矿井巷道内部光照度不均匀的问题；在矿井巷道的中心，通过在矿井巷道的中心线(矿井巷道的轴线)上布置一排等距离的可见光灯，形成对矩形方式布置的可见光灯的光照度不足的有效补充，对矿井巷道中心光照度进行有效弥补。该可见光灯源布局方法在满足照明需求的同时，有效减少了可见光灯的数量，使可见光灯源的功耗降低，同时，减少了可见光灯之间的码间串扰。
附图说明
[0020]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：
[0021]
图1为目前矿井巷道可见光灯源布局方式的示意图；
[0022]
图2为根据本技术的一些实施例提供的一种矿井巷道可见光灯源布局方法的立体
示意图；
[0023]
图3为图2所示实施例提供的矿井巷道可见光灯源布局方法的俯视图；
[0024]
图4为根据本技术的一些实施例提供的可见光的视距和非视距传播模型示意图；
[0025]
图5为传统可见光灯源布局方法下的光照度模拟图；
[0026]
图6为根据本技术的一些实施例提供的可见光灯源布局方法下的光照度模拟图；
[0027]
图7为传统可见光灯源布局方法下的接收功率模拟图；
[0028]
图8为根据本技术的一些实施例提供的可见光灯源布局方法下的接收功率模拟图；
[0029]
图9为传统可见光灯源布局方法下的经巷道壁第一次反射后的总接收功率模拟图；
[0030]
图10为根据本技术的一些实施例提供的可见光灯源布局方法下的经巷道壁第一次反射后的总接收功率模拟图；
[0031]
图11为传统可见光灯源布局方法下的信噪比模拟图；
[0032]
图12为根据本技术的一些实施例提供的可见光灯源布局方法下的信噪比模拟图；
[0033]
图13为根据本技术的一些实施例提供的可见光灯的发射半功率角与平均照度的关系示意图；
[0034]
图14为根据本技术的一些实施例提供的可见光灯的发射半功率角与照度均匀度的关系示意图；
[0035]
图15为根据本技术的一些实施例提供的可见光灯的发射半功率角与分布功率的平均值的关系示意图；
[0036]
图16为根据本技术的一些实施例提供的可见光灯的发射半功率角与功率标准偏差的关系示意图；
[0037]
图17为根据本技术的一些实施例提供的可见光灯的发射半功率角与信噪比的关系示意图；
[0038]
图18为根据本技术的一些实施例提供的可见光灯的发射半功率角与信噪比变化系数的关系示意图。
[0039]
附图标记说明：
[0040]
101-第一可见光灯源；102-第二可见光灯源；103-第三可见光灯源。
具体实施方式
[0041]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。各个示例通过本技术的解释的方式提供而非限制本技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，可在本技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0042]
在本技术的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术而不是要求本技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。本技术中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固
定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0043]
图2为根据本技术的一些实施例提供的一种矿井巷道可见光灯源布局方法的立体示意图；图3为图2所示实施例提供的矿井巷道可见光灯源布局方法的俯视图；如图2、图3所示，在本技术实施例的矿井巷道可见光灯源布局方法中，在矿井巷道的进出口处的顶面布设第一可见光灯源；在矿井巷道的中部的顶面布设呈矩形分布的第二可见光灯源；沿矿井巷道的轴线，在矿井巷道的顶面线性布设第三可见光灯源。
[0044]
其中，第一可见光灯源中每个可见光灯距离矿井巷道的巷道壁的距离为0.1米；第二可见光灯源中每个可见光灯距离巷道壁的距离不大于0.25米，且沿矿井巷道的宽度方向，第三可见光灯源中可见光灯与相邻的第二可见光灯源中的可见光灯的距离不小于1.25米；第三可见光灯源中两端的可见光灯与第一可见光灯源中的可见光灯对齐。
[0045]
同时，沿矿井巷道的长度方向，第二可见光灯源中相邻两个可见光灯以第一间距布设，第三可见光灯源中相邻两个可见光灯以第二间距布设，且第二间距与第一间距相同；第一间距表示沿矿井巷道的长度方向，第二可见光灯源中相邻两个可见光灯之间的距离；第二间距表示沿矿井巷道的长度方向，第三可见光灯源中相邻两个可见光灯之间的距离。
[0046]
在一些可选实施例中，第一可见光灯源中的可见光灯在矿井巷道的进出口处对称均布。进一步的，第一可见光灯源中包括四个可见光灯，四个可见光灯分别布置在矿井巷道的四周，具体的，在矿井巷道的进口处，沿矿井巷道的中心线(矿井巷道的轴线)左右对称布置，在矿井巷道的中心线左侧和右侧各布置一个可见光灯；在矿井巷道的出口处，同样沿矿井巷道的中心线左右对称布置，在矿井巷道的中心线左侧和右侧各布置一个可见光灯。籍此，提高矿井巷道四周的光照度，有效保证矿井巷道四周的光照强度。
[0047]
在本技术实施例中，在狭长巷道中，该矿井巷道可见光灯源布局方法具有更好的降低可见光灯源的功耗，以及减少可见光灯之间的码间窜扰。具体的，矿井巷道的长度至少为矿井巷道的宽度的4倍，且矿井巷道的宽长比为(1∶8，1∶5)。
[0048]
在一些可选实施例中，矿井巷道的宽度为[2.5，4]米；进一步的，第一间距为(1，1.75)米。即，在宽度为[2.5，4]米的矿井巷道中，第二可见光灯源中可见光灯在布设时的间距为(1，1.75)米；第三可见光灯源中可见光灯在布设时的间距也为(1，1.75)米。
[0049]
在一具体的例子中，矿井巷道的宽度为4米，对应的，第一间距为1.5米。即以长、宽、高分别为20米、4米、3米的矿井巷道为例，第二可见光灯源中相邻可见光灯之间的间距为1.5米，第三可见光灯源中相邻可见光灯之间的间距为1.5米。
[0050]
在本技术实施例中，如图3所示，以矿井巷道的一角为坐标原点，以矿井巷道的长度方向为x方向，以矿井巷道的宽度方向为y方向，第一可见光灯源的四个可见光灯距离巷道壁的距离为0.1米，其坐标分别为(0.1，0.1)、(0.1，3.9)、(19.9，0.1)、(19.9，3.9)；第二可见光灯源中呈矩形布置的可见光灯共有28个，其坐标分别为(0.25 1.5
×
n1，0.25 3.5
×
m)，其中，n1＝0，1，2，
…
13；m＝0，1；第三可见光灯源中呈线性分布的可见光灯共有15个，其坐标分别为(2，0.1 1.5
×
n2)，其中，n2＝0，1，2，
…
14。
[0051]
对于宽长比为(1∶8，1∶5)的狭长矿井巷道，第一可见光灯源的四个可见光灯在布置时的坐标分别为(0.1，0.1)、(0.1，w-0.1)、(l-01，0.1)、(l-01，w-0.1)；第二可见光灯源
的可见光灯在布设时的坐标为的可见光灯在布设时的坐标为0.25 (w-0.5)
×
m)；其中，d表示第一间距(也即第二间距)，d＝(1～1.75)；l表示所述矿井巷道的长度，w表示所述矿井巷道的宽度；第三可见光灯源的可见光灯在布设时的坐标为道的宽度；第三可见光灯源的可见光灯在布设时的坐标为
[0052]
在一些可选实施例中，可见光灯为led灯，籍此，可使矿井巷道内可见光灯的光束集中，有利于对矿井巷道内可见光灯的控制，有效提高矿井巷道的环保节约效果。进一步的，led灯的发射半功率角为(50
°
，70
°
)。此外，可见光灯还可以采用金卤灯。
[0053]
在本技术实施例中，通过矿井巷道的四周(矿井巷道的进口处和出口处)布置可见光灯提高四周的光照度，保证矿井巷道四周的光照强度；在矿井巷道内部以矩形的方式布局可见光灯，同时，使矩形布置的可见光灯距离巷道壁的距离不大于0.25米，有效避免矿井巷道内部光照度不均匀的问题。
[0054]
在矿井巷道的中心，通过在矿井巷道的中心线(矿井巷道的轴线)上布置一排等距离(第二间距)的可见光灯，同时，由于两端的可见光灯与矿井巷道的四周布置的可见光灯对齐，第二可见光灯源中每个可见光灯距离巷道壁的距离大于第一可见光灯源中每个可见光灯距离巷道壁的距离，第二间距又与第一间距相等，因而，使得在矿井巷道的中心线上布置的可见光灯与呈矩形布置的可见光灯相互间隔。籍此，通过第三可见光灯源形成对矩形方式布置的可见光灯(第二可见光灯源)的光照度不足的有效补充，对矿井巷道中心光照度进行有效弥补。
[0055]
本技术实施例中，以长、宽、高分别为20米、4米、3米的矿井巷道为例，传统的灯源布局方式(如图1所示)需要80个led灯，而采用本技术的可见光灯源布局方法则只需要47个led灯，在满足照明需求的同时，有效减少了可见光灯的数量，使可见光灯源的功耗降低，同时，实现了较小的功率分布误差，降低了信噪比的波动，减少了可见光灯之间的码间串扰。
[0056]
在本技术实施例中，固定可见光灯(led灯)的高度为3米，第一可见光灯源、第二可见光灯源和第三可见光灯源中的led灯的型号一致，采用本技术的矿井巷道可见光灯源布局方法的矿井巷道可见光通信系统中，每个发射器(即led灯)由400个发光二极管组成，并使用朗伯辐射图来模拟辐射强度分布图，其中，每个发光二极管的辐照强度q通过公式(1)确定，公式(1)如下：
[0057][0058]
其中，表示led灯的辐射角度，即发射功率角；m表示朗伯辐射的数量级，通过led灯的发射半功率角确定，具体表达式如公式(2)所示，公式(2)如下：
[0059][0060]
在本技术实施例中，光通过视距(los)和非视距(nlos)的方式由发光二极管到达接收器，光的视距(los)传播路径下，可见光通信系统中通信链路的信道增益h
los
(0)如公式
(3)所示，公式(3)如下：
[0061][0062]
其中，dd表示发射器(led灯)与接收器(光电探测器)之间的距离；ψ为入射角；ts(ψ)表示滤光器增益；ψc表示接收器的视场角；g(ψ)表示光学集中器增益，具体根据公式(4)确定，公式(4)如下：
[0063][0064]
式中，n表示接收端的光电探测器透镜的折射率。
[0065]
在本技术的矿井巷道可见光通信系统中，除了视距(los)传播路径外，对来自巷道壁的第一次反射的路径(非视距(nlos))的信道增益公式(5)所示，公式(5)如下：
[0066][0067]
其中，h
ref
(0)表示来自巷道壁的第一次反射的路径的信道增益；d1表示led灯和反射点之间的距离；d2表示反射点和接收器(pd)之间的距离；ρ表示反射系数；d
awall
表示巷道壁上的小区域反射面积；α表示反射点的入射角；β表示接收器收到发射器光辐射后的角度；如图4所示。在此，需要说明的是，接收器布置在距离地面0.85m处。
[0068]
在本技术实施例中，通过矿井巷道可见光通信系统的光照度、接收功率和信噪比对系统性能进行评估。
[0069]
一、可见光通信系统的光照度
[0070]
矿井巷道任一点(坐标为(i，j))的水平光照度根据公式(6)所示，公式(6)如下：
[0071][0072]
其中，e
hor
表示矿井巷道点(x，y)处的水平光照度。
[0073]
通过照明均匀度(iu)对接受面照度均匀度进行衡量，其中，iu表示接收面上，水平照度的最大值和最小值之差与其平均值的比值，具体通过公式(7)计算，公式(7)如下：
[0074][0075]
其中，{e
ij
}
max
、{e
ij
}
min
分别表示接受面不同点的水平光照度的最大值和最小值，e
ij
＝e
hor
(i，j)；μe表示光照度的平均值，具体根据公式(8)计算，公式(8)如下：
[0076][0077]
式中，n表示接受面中数据的总数，n＝n
x
×
ny，n
x
、ny分别表示沿x轴和y轴的计算点数(将x轴、y轴等比例划分的数量即为计算点数)。例如，在长、宽、高分别为20米、4米、3米的矿井巷道中，n
x
＝ny＝20，iu取决于led灯的发射半功率角。
[0078]
二、可见光通信系统的接收功率
[0079]
在los通信链路下的接收功率pr根据公式(9)计算，公式(9)如下：
[0080]
pr＝∑
leds
(p
t
·hlos
(0))
…………………………
(9)
[0081]
其中，leds表示led灯的数量；p
t
表示led灯的发射功率；
[0082]
可见光自巷道壁的第一次反射后的总接收功率p
r-total
根据公式(10)计算，公式(10)如下：
[0083][0084]
通过标准偏差(standard deviation，简称std)对接收功率的变化情况进行量化，以对矿井巷道可见光通信系统的功率分布进行评估。标准偏差越小表明离接收功率的平均值越近，若标准偏差为零，表明整个矿井巷道可见光通信系统的中每个接收端的接收功率相等，矿井巷道可见光通信系统的性能最佳。其中，标准偏差通过公式(11)表示，公式(11)如下：
[0085][0086]
式中，σ表示接收功率的标准偏差，μ
p
表示接收器功率分布的平均值；pf表示接收平面点在f点处的接收功率，f∈[1，n]，pf＝pr。
[0087]
三、可见光通信系统的信噪比
[0088]
根据公式(12)计算矿井巷道可见光通信系统的信噪比snr，公式(12)如下：
[0089][0090]
其中，表示led灯的散粒噪音，表示led灯的热噪音；r表示发光二极管的响应度；分别通过公式(13)、公式(14)计算，公式(13)、公式(14)如下：
[0091][0092][0093]
其中，k表示玻尔兹曼常数，k＝1.380649
×
10-23
j/k；tk表示绝对温度；g表示开环电压增益；η表示每个光电探测器的固定电容；γ表示fet沟道噪音因子；gm表示fet跨导；b表示等效噪音带宽，即光电探测器滤波后的带宽。q表示每个led灯的电荷电量；ib表示每个led灯的背景光电流；i2表示噪音带宽因子；a表示探测器面积；i3表示带宽增益系数。
[0094]
在此，通过信噪比变化系数cv
snr
对矿井巷道可见光通信系统的信噪比分布的均匀平进行评价，信噪比变化系数cv
snr
根据公式(15)确定，公式(15)如下：
[0095][0096]
其中，σ
snr
为信噪比的标准偏差；μ
snr
表示信噪比的平均值。在此，需要说明的是，信噪比标准偏差、平均值可参考接收功率的标准偏差、平均值进行计算，在此不再一一赘述。
[0097]
在此，以长、宽、高分别为20米、4米、3米的矿井巷道为例，在矿井巷道进出口的四个角分别布置4个led灯，在矿井巷道内，以矩形方式布置28个led灯，沿矿井巷道的轴线布
置15个led灯。该矿井巷道可见光通信系统的参数如表1所示，表1如下：
[0098]
表1矿井巷道可见光通信系统参数表
[0099][0100]
通过数值模拟分析方法，采用数值模拟软件(比如：matlab等)，对采用本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统的光照度、los通信链路下的接收功率进行模拟分析。与采用传统的可见光源矩形平均排列的方法的矿井巷道可见光通信系统相比，采用本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统的光照度更加均匀。
[0101]
如图5所示，采用传统的可见光源矩形平均排列的方法的矿井巷道可见光通信系统中，水平照度最大值为6705勒克斯(lx)，最小值为2588(lx)；图6所示，采用本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统中，水平照度最大值为3788(lx)，最小值为2721(lx)，通过公式(7)可知该矿井巷道可见光通信系统的照明均匀度iu＝0.458。可见，本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统中，光照度的差值小，光照度更加均匀。
[0102]
如图7、图8所示，与采用传统的可见光源矩形平均排列的方法的矿井巷道可见光通信系统相比，采用本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统的接收功率也更加均匀。如图7所示，采用传统的可见光源矩形平均排列的方法的矿井巷道可见光通信系统中，接收功率pr的最大值为13.93分贝毫瓦(dbm)，最小值为9.05dbm，平均值为12.86dbm，通过公式(11)可知其接收功率的标准偏差为0.97；如图8所示，采用本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统中，接收功率的最大值为9.59dbm，最小值为7.45dbm，平均值为8.9dbm，通过公式(11)可知其接收功率的标准偏差为0.5。
[0103]
同样的，通过数值模拟分析方法，采用数值模拟软件(比如：matlab等)，对采用本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统中巷道壁第一次反射后的总接收功率进行模拟分析。如图9、图10所示，与采用传统的可见光源矩形平均排列的方法的矿井巷道可见光通信系统相比，采用本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统中，
巷道壁第一次反射后的总接收功率更低，采用更少的led灯即可满足照明需求，同时，功率更小，能耗更低，有效节约了能源。
[0104]
如图9所示，采用传统的可见光源矩形平均排列的方法的矿井巷道可见光通信系统中，巷道壁第一次反射后总接收功率的最大值为14.14dbm，最小值为9.30dbm，平均值为13.22dbm；采用本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统中，巷道壁第一次反射后的总接收功率的最大值为9.84dbm，最小值为7.62dbm，平均值为9.30dbm。可见，本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统中，功率小，采用更少的led灯即可满足照明需求，节约了能源，减少了成本。
[0105]
同样的，通过数值模拟分析方法，采用数值模拟软件(比如：matlab等)，对采用本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统的信噪比进行模拟分析。如图11、图12所示，与采用传统的可见光源矩形平均排列的方法的矿井巷道可见光通信系统相比，采用本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统，具有最高的最小信噪比值和最低的信噪比变化系数cv
snr
，本技术的矿井巷道可见光通信系统，在矿井巷道内信号分布均匀性更高。
[0106]
在本技术的矿井巷道可见光通信系统中，信噪比参数：q＝0.54；i2＝0.562；b＝30mb/s；tk＝298k；η＝112pf/cm2；a＝1cm2；γ＝1.5；gm＝30ms；i3＝0.0868。
[0107]
如图11所示，采用传统的可见光源矩形平均排列的方法的矿井巷道可见光通信系统中，信噪比的最大值为154.06dbm，最小值为144.30dbm，平均值为151.92dbm，信噪比变化系数cv
snr
＝0.0129；如图12所示，采用本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统中，信噪比的最大值为149.36dbm，最小值为145.08dbm，平均值为147.99dbm，信噪比变化系数cv
snr
＝0.0068。可见，本技术的可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统中，矿井巷道内信号分布均匀性更高。
[0108]
由图13、图14中平均照度、照度均匀度与发射半功率角的关系可知，当发射机的发射半功率角小于40
°
时，照明的均匀性严重受损，40
°
以后对照度的影响不大，且平均照度随着半角功率的增大而增大。
[0109]
由图15、图16中分布功率的平均值、功率标准偏差与发射半功率角的关系可知，分布功率的平均值随着发射半功率角的增加而降低；发射半功率角小于50
°
时，功率标准偏差很高，大于50
°
以后，发射半功率角对标准偏差的影响不大。由图17、图18中信噪比、信噪比变化系数与发射半功率角的关系可知，在发射半功率角大于50
°
以后，发射半功率角对信噪比均匀性的影响不大。
[0110]
可见，发射半功率角小于40
°
对光照度影响较大，40
°
以后影响不大，光照度随着发射半功率角的增大而增加大；接收功率、信噪比与随着发射半功率角的增大而减小，在发射半功率角小于50
°
时接收功率标准偏差、信噪比变化较大，大于50
°
以后变化较小。
[0111]
在本技术实施例中，led灯的发射半功率角为(50
°
，70
°
)。该与传统可见光源布局方式和本技术可见光源布局方法的矿井巷道可见光通信系统的系统性能如表2所示，表2如下：
[0112]
表2不同可见光源布局方式下矿井巷道可见光通信系统性能表
[0113][0114]
其中，功率波动表示接收功率的最大值与最小值的差值；信噪比波动表示信噪比最大值与最小值的差值。
[0115]
本技术实施例提供的矿井巷道可见光通信系统，采用本技术实施例提供的矿井巷道可见光灯源布局方法，与传统可见光灯源布局相比，led灯的使用量减少33个，有效减小了码间串扰。与传统可见光灯源布局方式的矿井巷道可见光通信系统相比，本技术矿井巷道可见光通信系统所采用的可见光灯源布局方法，具有最大的最小光照度和最小照明平均度；接收功率具有最大的最小接收功率和最小的功率波动，且功率标准偏差更小；具有最大的最小信噪比和最小的信噪比变化系数；具有更加均匀的光照度分布、接收功率和信噪比。
[0116]
以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。