[发明专利]一种室内白光LED的调光方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED通信技术领域，特别是一种室内白光LED的调光方法。

背景技术

白光LED通信系统采用基带调制方式居多，目前适合白光LED通信的调制方法有:开关键控(OOK)；脉冲位置调制(PPM)；多脉冲位置调制(VPPM)；脉冲宽调制(PWM)；数字脉冲间隔调制(DPIM)；双头脉冲间隔宽度调制(DH-PIM)以及颜色键控(CSK)。这些调制方法的目的是为了在相对较窄的带宽下，获得更高的功率利用率和较低的误码率。此外，室内白光LED通信系统还需要顾及到照明和通信的双需求，那么为了能够节约能源，需要根据阴/晴、日/昼等不同背景光强度随时调节光源亮度，以节约能源，那么如何在不同级别的光照度下，仍能保持通信速率的不变是至关重要的。根据目前的调制技术，OOK、PPM、CSK调光功能的编码技术由于其编码易于实现亮度调节，因而已被IEEE802.15.7小组推荐用于LED通信信源编码。

目前已有的调光方案：(1)OOK调制，在无通信需求时，通过增加冗余时隙可有效控制平均光功率及光照明暗的变化；如果增加补偿时隙，光的亮度就会提高，但是，补偿的时隙愈多，有效数据位就会减少；(2)脉冲调制PPM，利用改变脉冲位置调制和脉冲宽度调制的特点来满足无闪烁照明要求和亮度调节功能，提供了恒定的数据速率，变化的帧长度范围，但是有效性下降；(3)多载波调制，通过改变偏置直流的大小，从而改变输出光功率的强度以调节亮度，虽然不会改变数据传输速率，但是提高了发射端功率以及接收端解码时的误码率；(4)CSK(Color shift key)调制，是预先给不同颜色的光波标记ID号，并通过选择不同ID号的光波，结合多进制编码方案来改变码元在颜色-星座图中的映射位置，以达到调节亮度的目的，编码复杂性较高。

上述的调制方法既要满足传输信息的要求，还要满足室内照明的调节功能。若采用传统的OOK、PPM模式，是以牺牲码元带宽为代价，降低信号所占带宽，减小信号对照明的影响，但是这种编码方式能量利用率低，并且在传输速率较低时，会存在LED闪烁现象。综上，这些方法都存在一个弊端，通信速率会随着光照级别的增减而显著下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种室内白光LED的调光方法，本发明针对阴/晴、日/昼等，室内环境下，不同的光照需求，随时调节光源亮度，以节约能源；同时，保证通信的传输速率不受调光功能的影响，提出的一种高效、可调光的编码方式。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种室内白光LED的调光方法，通过改变信号码元的发生概率与幅度调光相结合的方法来调节光强度；具体如下：

取变量η作为模拟调光中直流补偿D_shift的比例因子，直流补偿D_shift＝A|1-2ε|；ε为调光级别,A为LED线性区光强度额定值；

当调光级别在50％以下时，通过增大光强幅值低的码元的发生概率、降低光强幅值高的信号码元发生的概率来调节光强度；光强幅值低是指小于光强幅值的平均值，光强幅值高是指大于光强幅值的平均值；

当调光级别为50％时，无直流补偿D_shift；通过改变光强幅值低、光强幅值高的信号码元发生的概率来调节光强度；

当调光级别高于50％时，通过降低光强幅值低的码元的发生概率、增大光强幅值高的信号码元发生的概率、并降低直流补偿的方式来调节光强度。

作为本发明所述的一种室内白光LED的调光方法进一步优化方案，在概率-幅度调光方法中，每个信号码元的发生的概率也不再是等概的，将根据调光需求不同，每个信号码元以不同概率发生。

作为本发明所述的一种室内白光LED的调光方法进一步优化方案，在最大信息熵条件下，根据调光级别与各信号码元的发生概率之间的关系，并根据D_shift补偿的比例因子η对不同信号码元的发生概率的影响，来提高输出光强度。

作为本发明所述的一种室内白光LED的调光方法进一步优化方案，信号码元的发生概率P_k的具体计算方法如下：

首先确定每个信号码元的电平幅值，第k个信号码元的电压幅值a_k为：

其中，M为进制等级，1≤k≤M；

则有调光等式：

将式(1)代入式(2)，得到：

概率限制条件：