[發明專利]基于可見光通信的四色LED混光方法

有效

• 申請號: 201410249543.7
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN104053278A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 梁霄;呂游;王家恒;趙春明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02;F21V9/10;F21S10/02;F21Y101/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于無線光通信的技術領域，尤其涉及一種基于可見光通信的四色LED混光方法。

背景技術

隨著社會經濟的不斷發展，人們對生活的品質的要求也越來越高，與此同時，通信領域開始追求一種“綠色的”和“高速率的”通信技術?？梢姽馔ㄐ偶夹g作為上述備選方案正逐漸成為研究領域的熱點。它利用激光器件或者LED器件，通過對光照強度的調制來實現信息高速傳輸，滿足了日常工作照明的同時，也滿足了人們對信息高速傳輸的要求。該技術具有獨立于射頻頻譜的免費的寬帶頻譜資源，無電磁干擾和輻射，綠色安全，保密性好等優點，正好彌補了傳統無線通信技術的不足。隨著白光LED器件技術方面上的不斷發展，白光LED器件逐漸成為可見光通信系統中電光轉換器件的首選。

從照明角度來看，普通單色LED光源具有與傳統光源不一樣的光譜特性，其光譜寬度較窄，形狀類似于高斯分布，因此無法直接作為照明使用。若想產生質量較高的照明光源，目前有兩種主流的方法，它們分別對應于兩種常見的商用白光LED。其中的一種是單芯片熒光白光LED。它采用類似于熒光燈的工作原理，用藍光或紫外光激發不同熒光材質來混合出白光。另一種則是多色多芯片LED。它們將紅、綠、藍(RGB)或更多獨立顏色集成在一起，通過調節各色配比來混合出所需的照明色。上述兩種白光LED中的單芯片熒光LED由于其價格低廉，驅動電路簡單，產量高，目前市場保有量非常大。

但隨著室內照明對光源的光譜質量要求逐漸提高，人們更習慣于太陽發出的連續光譜的自然光。然而，單芯片熒光白光LED的光譜較為單一，普遍的照明顯色指數不高，與自然光照明質量仍有相當的差距。另外，隨著智能家居的推廣，對于可變色溫照明的要求也越來越高。它需要照明色溫應當隨著季節的變化而變化，并且應當隨著應用場景的變化而變化。顯然單芯片熒光白光LED無法應對上述照明的需求。

而對于四色LED，盡管由于價格因素及驅動復雜的影響而尚未普及，但其天然擁有多種峰值波長各不相同的單色芯片，通過各個芯片發光強度配比的調整可以輕松實現上述色溫的連續調節的需求。除此之外，對于四色LED，還擁有在相同色溫的情況下顯色指數調節的能力。因此，在智能家居中四色LED的應用勢在必行。

另一方面，從通信角度而言，單芯片熒光白光LED僅能提供一條物理通信通道，業界最新報導此類系統的所能到達的最高數據傳輸速率約為500Mbps左右。此外，由于受到帶寬、功率等諸多因素的影響，進一步提高傳輸速率將非常困難。四色LED天然擁有峰值波長各不相同的單色芯片，若將它們配合接收濾光片可以形成多個獨立波分復用信道，從而獲得數倍于單芯片熒光白色LED的通信速率。

目前來說，照明研究以及控制照明質量的設計一般不考慮通信的需求；而做多色混合可見光通信又一般不考慮照明指標的控制，因此，將上述兩個方面，即照明與通信設計聯合優化的系統設計尚未出現。

發明內容

有鑒于此，本發明針對現有技術中的不足，提出了一種基于可見光通信的四色LED混光方法，其保證室內優質照明條件的約束下，使得四色LED光通信的信道容量最大化。

本發明提供了一種基于可見光通信的四色LED混光方法，其包括以下步驟：

1)利用光譜儀獲得各單色光光譜功率分布，并計算對應的各單色光的三刺激值；

2)確定混合光的目標色溫，選擇相應的參照光源求得其混合色的三刺激值；

3)根據顏色相加原理，所述各單色光的三刺激值相加應該等于所述混合色的三刺激值，得混色方程組；

4)根據所述混色方程組中各單色光的混光系數，可以得到混合光的光譜功率分布，利用混合光的光譜功率分布計算混合光的顯色指數R_a,其中，

R_a≥ε；

5)計算混合光的信道容量C的范圍，在所述范圍內求出最大容量C_max；

6)輸出所述最大容量的各色光配比。

優選地，混光為串行模式，所述串行模式是指所述四色LED光依次發射，根據獲得的所述的各單色光的混光系數相對比例，調整對應的所述各單色光的發光時間脈寬，在發射端得到目標混合白光，得到所述混合白光的信道總容量C的范圍。

優選地，四色LED混光為RGBA或RGBW四色LED混光，其混光系數的相對比例為[k₁,k₂,k₃,k₄]，所述方法具體為：