[发明专利]基于可见光通信的四色LED混光方法

说明书

技术领域

本发明属于无线光通信的技术领域，尤其涉及一种基于可见光通信的四色LED混光方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，人们对生活的品质的要求也越来越高，与此同时，通信领域开始追求一种“绿色的”和“高速率的”通信技术。可见光通信技术作为上述备选方案正逐渐成为研究领域的热点。它利用激光器件或者LED器件，通过对光照强度的调制来实现信息高速传输，满足了日常工作照明的同时，也满足了人们对信息高速传输的要求。该技术具有独立于射频频谱的免费的宽带频谱资源，无电磁干扰和辐射，绿色安全，保密性好等优点，正好弥补了传统无线通信技术的不足。随着白光LED器件技术方面上的不断发展，白光LED器件逐渐成为可见光通信系统中电光转换器件的首选。

从照明角度来看，普通单色LED光源具有与传统光源不一样的光谱特性，其光谱宽度较窄，形状类似于高斯分布，因此无法直接作为照明使用。若想产生质量较高的照明光源，目前有两种主流的方法，它们分别对应于两种常见的商用白光LED。其中的一种是单芯片荧光白光LED。它采用类似于荧光灯的工作原理，用蓝光或紫外光激发不同荧光材质来混合出白光。另一种则是多色多芯片LED。它们将红、绿、蓝(RGB)或更多独立颜色集成在一起，通过调节各色配比来混合出所需的照明色。上述两种白光LED中的单芯片荧光LED由于其价格低廉，驱动电路简单，产量高，目前市场保有量非常大。

但随着室内照明对光源的光谱质量要求逐渐提高，人们更习惯于太阳发出的连续光谱的自然光。然而，单芯片荧光白光LED的光谱较为单一，普遍的照明显色指数不高，与自然光照明质量仍有相当的差距。另外，随着智能家居的推广，对于可变色温照明的要求也越来越高。它需要照明色温应当随着季节的变化而变化，并且应当随着应用场景的变化而变化。显然单芯片荧光白光LED无法应对上述照明的需求。

而对于四色LED，尽管由于价格因素及驱动复杂的影响而尚未普及，但其天然拥有多种峰值波长各不相同的单色芯片，通过各个芯片发光强度配比的调整可以轻松实现上述色温的连续调节的需求。除此之外，对于四色LED，还拥有在相同色温的情况下显色指数调节的能力。因此，在智能家居中四色LED的应用势在必行。

另一方面，从通信角度而言，单芯片荧光白光LED仅能提供一条物理通信通道，业界最新报导此类系统的所能到达的最高数据传输速率约为500Mbps左右。此外，由于受到带宽、功率等诸多因素的影响，进一步提高传输速率将非常困难。四色LED天然拥有峰值波长各不相同的单色芯片，若将它们配合接收滤光片可以形成多个独立波分复用信道，从而获得数倍于单芯片荧光白色LED的通信速率。

目前来说，照明研究以及控制照明质量的设计一般不考虑通信的需求；而做多色混合可见光通信又一般不考虑照明指标的控制，因此，将上述两个方面，即照明与通信设计联合优化的系统设计尚未出现。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术中的不足，提出了一种基于可见光通信的四色LED混光方法，其保证室内优质照明条件的约束下，使得四色LED光通信的信道容量最大化。

本发明提供了一种基于可见光通信的四色LED混光方法，其包括以下步骤：

1)利用光谱仪获得各单色光光谱功率分布，并计算对应的各单色光的三刺激值；

2)确定混合光的目标色温，选择相应的参照光源求得其混合色的三刺激值；

3)根据颜色相加原理，所述各单色光的三刺激值相加应该等于所述混合色的三刺激值，得混色方程组；

4)根据所述混色方程组中各单色光的混光系数，可以得到混合光的光谱功率分布，利用混合光的光谱功率分布计算混合光的显色指数R_a,其中，

R_a≥ε；

5)计算混合光的信道容量C的范围，在所述范围内求出最大容量C_max；

6)输出所述最大容量的各色光配比。

优选地，混光为串行模式，所述串行模式是指所述四色LED光依次发射，根据获得的所述的各单色光的混光系数相对比例，调整对应的所述各单色光的发光时间脉宽，在发射端得到目标混合白光，得到所述混合白光的信道总容量C的范围。

优选地，四色LED混光为RGBA或RGBW四色LED混光，其混光系数的相对比例为[k₁,k₂,k₃,k₄]，所述方法具体为：