一种基于可见光通信的滤光镜参数优化方法技术

本发明专利技术提出了一种可见光通信系统中滤光镜参数的优化方法，该方法首先利用光谱仪测出各单色光的光谱数据，用高斯或洛伦兹函数拟合，得到光谱的拟合函数；根据实际系统，确定背景光的光谱函数和接收端的总噪声功率；以每一种色光在接收端的信干比为目标函数，同时确定滤光镜参数的约束条件；先用信干比函数对各变量求偏导，并令偏导结果等于0，然后固定一个变量，在约束条件下优化另外一个变量，依次进行多轮迭代，得到滤光镜参数的最优解；分别对每一种色光的目标函数进行求解，即可得到每一种颜色滤光镜参数的最优值。本发明专利技术的方法可以适用于多种滤光镜，且运算时收敛速度较快，能够较好地减少各色光之间的干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于可见光通信领域，具体而言涉及一种多色光通信系统中滤光镜参数的 优化方法。
技术介绍
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 正逐渐成为研宄领域的热点。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，在保证日常工作照明的同时，也满足了人们对信息高速传输的需求。 目前可见光通信中的白光有两种形成方式，一种是利用蓝光与荧光粉配合形成白 光，另一种是多种单色光混合的方式。采用多色光混合的方法和单纯使用白光相比，能够大 幅度提升通信容量和通信速率，更是成为未来研宄的热点。 对现有的多色光通信系统而言，发射端利用多种色光的LED发送多路信号，然后 混成白光发射出去，接收端就要用对应的多种滤光镜把白光中的各色光分离出来。 测试研宄表明，发送端的LED光谱形状是类似于高斯函数的，各色光之间就不可 避免地存在着交叉干扰。在接收端，要使接收到的各路信号准确度尽可能高，就必须使各色 光之间的交叉干扰尽可能小，对滤光镜参数的优化是避免交叉干扰的一种途径。 通常情况下，滤光镜通带特性的形状有矩形、高斯函数、洛伦兹函数等几种，不同 滤光镜的参数也不一样，可以在理论上给出寻找最优的滤光镜参数的方法，并计算出滤光 镜参数的最优值。从而对实际滤光镜的设计与生产起到指导作用。然而，关于如何获得最 优的滤光镜参数，学术界还没有相关的研宄。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术中存在的问题，提出了一套接收端滤光镜的优化 方法，利用此方法可以寻找最优的滤光镜参数，从而使接收到的各色光之间的交叉干扰尽 可能小，为实际生产出适用于多色光通信的滤光镜提供指导。 技术方案：一种基于可见光通信的接收端滤光镜参数优化方法，包括如下步骤： 1)利用光谱仪测出各单色光的光谱数据，用高斯函数或洛伦兹函数进行拟合，得到光谱的 拟合函数；2)确定背景光的光谱函数和接收端的总噪声功率；3)以每一种色光在接收端的 信干比为目标函数，同时确定滤光镜参数的约束条件；4)用信干比函数对各变量求偏导， 并令偏导结果等于〇 ;5)初始化滤光镜各参数，然后固定一个参数，在约束条件下优化另外 一个参数，依次进行多轮迭代；6)迭代满足一定的次数后，停止迭代，收敛结果即是滤光镜 参数的最优解；7)分别对每一种颜色的滤光镜重复上述步骤（3)~(6)，输出各种颜色滤光 镜参数的优化结果。 进一步地，所述总噪声包括散弹噪声和热噪声。进一步地，滤光镜的通带特性是矩形的，左右边界波长为a、0，所述优化方法具 体为： (1)首先，用光谱仪测出四种色光的LED的光谱数据，分别用高斯函数拟合，表达 式如下： Sr(入）=apxplX入-入D2/〇J] Sa (入）=a2exp Sg(入）=a3exp Sb( A) = a4exp 其中，a「a 4、A「A4、o「〇 4是高斯函数的拟合参数，为实常数；Sr( A)为红光 的光谱函数，Sa(X)为黄光的光谱函数，Sg(X)为绿光的光谱函数，S b(X)为蓝光的光谱函 数； (2)根据实际的系统，假设背景光的光谱幅度是均匀分布的，确定背景光的光谱函 数S badt U )= P和接收端总噪声功率Nt，其中P和Nt是实常数； (3)计算接收端各色光的信干比，红光的信干比如下： (5)初始化a、0，首先固定参数0优化参数a，根据偏导式⑴求出在满足约 束条件下的a的解；然后更新a的值，固定a优化0，根据偏导式（2)求出在满足约束 条件下的0的解，依次进行多轮迭代； (6)迭代满足一定的次数后，停止迭代，收敛结果即是红色滤光镜参数的最优解；(7)分别对黄色、绿色、蓝色的滤光镜重复上述步骤⑶~（6)，其中a、0的约束 条件相同；输出多种颜色滤光镜参数的优化结果。 通过上述步骤能够实现通带特性是矩形的滤光镜的参数优化。 进一步地，滤光镜的通带特性是符合高斯函数的F〇) =exp， 需要优化参数的为中心波长Atl和方差〇 所述方法具体为： (1)首先，用光谱仪测出四种色光的LED的光谱数据，分别用高斯函数拟合，表达 式如下： Sr(A)=B1GxpIi-(A-A1)Vo 12] Sa (入）=a2exp Sg(入）=a3exp Sb (人）=a4exp 其中，a「a 4、入「入4、〇「〇 4是高斯函数的拟合参数，为实常数；S,( A)为红光 的光谱函数，Sa(X)为黄光的光谱函数，Sg(X)为绿光的光谱函数，S b(X)为蓝光的光谱函 数； (2)根据实际的系统，假设背景光的光谱幅度是均匀分布的，确定背景光的光谱函 数S badt U )= P和接收端总噪声功率Nt，其中P和Nt是实常数； (3)计算接收端各色光的信干比，红光的信干比如下： (5)初始化Ap 〇 ^，首先固定〇 ^参数优化参数A ^，根据偏导式⑴求出在满足 约束条件下的A^的解；然后更新X j勺值，固定X^优化〇^，根据偏导式（2)求出在满足 约束条件下的％的解，依次进行多轮迭代； (6)迭代满足一定的次数后，停止迭代，收敛结果即是红色滤光镜参数的最优解； (7)分别对黄色、绿色、蓝色的滤光镜重复上述步骤（3)~（6)，其中A。、〇Q的约 束条件相同；输出多种颜色滤光镜参数的优化结果。 通过上述步骤能够实现通带特性是是符合高斯函数的滤光镜的参数优化。 进一步地，滤光镜的通带特性是符合洛伦兹函数的F(A) = 1A1+(A-A。)2/ Otl2),需要优化参数的为中心波长A ci和方差〇^，所述方法具体为： (1)首先，用光谱仪测出四种色光的LED的光谱数据，分别用洛伦兹函数拟合，表 达式如下： Sr(A) =ax/(!+(X-X1)2/ 〇 x2) Sa (入）=a2Al+(人-入 2)2/〇 22) Sg(A) = a3/(l+( A-A3)V〇 32) Sb (入）=a4Al+ (入-入 4) V 〇 42) 其中，a「a 4、A1-A4、〇「〇 4是洛伦兹函数的拟合参数，为实常数；Sr( A )为红 光的光谱函数，Sa(X)为黄光的光谱函数，Sg(X)为绿光的光谱函数，S b (b)为蓝光的光谱 函数； (2)根据实际的系统，假设背景光的光谱幅度是均匀分布的，确定背景光的光谱函 数S badt U )= P和接收端总噪声功率Nt，其中P和Nt是实常数；(3)计算接收端各色光的信干比，红光的信干比如下： (5)初始化A。、〇。，首先固定〇。参数优化参数A。，根据偏导式⑴求出在满足 约束条件下的A ^的解；然后更新X j勺值，固定X ^优化〇 ^，根据偏导式（2)求出在满足 约束条件下的％的解，依次进行多轮迭代； (6)迭代满足一定的次数后，停止迭代，收敛结果即是红色滤光镜参数的最优解； (7)分别对黄色、绿色、蓝色滤光镜重复上述步骤（3)~（6)，其中A。、〇Q的约束 条件相同；输出多种颜色滤光镜参数的优化结果。 通过上述步骤能够实现通带特性是是符合洛伦兹函数的滤光镜的参数优化。当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可见光通信的接收端滤光镜参数优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)利用光谱仪测出各单色光的光谱数据，用高斯函数或洛伦兹函数进行拟合，得到光谱的拟合函数；(2)确定背景光的光谱函数和接收端的总噪声功率；(3)以每一种色光在接收端的信干比为目标函数，同时确定滤光镜参数的约束条件；(4)用信干比函数对各变量求偏导，并令偏导结果等于0；(5)初始化滤光镜各参数，然后固定一个参数，在约束条件下优化另外一个参数，依次进行多轮迭代；(6)迭代满足一定的次数后，停止迭代，收敛结果即是滤光镜参数的最优解；(7)分别对每一种颜色的滤光镜重复上述步骤(3)～(6)，输出各种颜色滤光镜参数的优化结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁霄，葛鹏飞，王家恒，赵春明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32