一种基于可见光通信的新型光源及其功率分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种基于可见光通信的新型光源及其功率分配方法，包括白光LEDs及R LEDs、G LEDs、B LEDs、RG LEDs、RB LEDs、GB LEDs、RGB LEDs、其它单色LEDs中的任一种组合光，所述白光LEDs组合任一种组合光。新型光源为可见光通信的发射端提出了全新的概念；新型光源的提出，弥补了可见光通信中传统光源的缺陷，为可见光通信中发射端的发展树立了新的标准。

A new light source based on visible light communication and its power allocation method

The invention relates to a novel light source of visible light communication and power allocation method based on, including any combination of white LEDs light and R LEDs, G LEDs, B LEDs, RG LEDs, RB LEDs, GB LEDs, RGB LEDs, other monochromatic LEDs, the combination of white LEDs any of a group photo. The new light source puts forward a new concept for the transmitter of visible light communication; the new light source makes up for the defects of traditional light source in visible light communication, and sets a new standard for the development of the transmitter in visible light communication.

【技术实现步骤摘要】
一种基于可见光通信的新型光源及其功率分配方法
本专利技术涉及一种基于可见光通信的新型光源及其功率分配方法，具体涉及一种将白光LEDs和一组或多组RGBLEDs相结合，并通过调控RGBLEDs与白光LEDs的功率分配来同时实现通信和照明功能的可见光通信新型光源及功率分配技术，属于可见光通信

技术介绍
近几年内，随着移动通信、物联网和智慧城市的发展，无线宽带通信的应用和智能设备的数量快速增加，使得传统无线频谱资源短缺。这制约了移动通信的发展与应用，同时人们对通信服务质量的要求也越来越高，更是迫使频谱资源危机问题亟需在下一代5G移动通信中解决。相比于传统无线通信，可见光却占有极其丰富的频谱资源，并且具有高安全性和电磁免疫性，成为5G中极具潜力的通信技术。可见光通信(Visiblelightcommunication,VLC)通常是将LED作为发射端，将电信号通过LED转换为光强，再经自由空间到达接收端。在接收端通过光电检测器将光信号转换为电信号。可见光通信系统需要同时实现照明和通信的功能。即可见光通信系统无论采用何种LED作为发射端，都要保证光源提供符合照明条件的白光。可见光通信系统一般采用两种常用的方法来获得白光。一种是利用蓝光LED结合一种或多种荧光粉来产生白光。另一种是利用三原色RGBLEDs来生成白光。尽管白光LEDs可以提供良好的照明效果，但是由于荧光粉的低响应速率限制了系统的带宽和速率。相比白光LEDs，RGBLEDs将花费更高的代价来实现照明功能，但是RGBLEDs可为可见光系统提供更高的系统带宽。更重要的是，RGBLEDs可将波分复用(WDM)和MIMO技术更好的应用得到可见光系统，为系统提供更多独立的通信信道。现在已有众多来自全球各地的高校和研究机构对可见光通信系统进行了深入的研究。在这些研究中，可见光通信系统均采用白光LEDs，单色LEDs或者多色LEDs作为发射端，并且主要研究调制技术及系统性能。并未见到将白光LEDs和RGBLEDs相结合的可见光通信系统。中国专利文献CN205909061U公开了一种用于可见光通信的LED光源，所述LED光源包括：照明模块、通信模块和基础模块；所述照明模块由白光LED组成；所述通信模块由RGBLED组成；所述基础模块为承载所述照明模块和所述通信模块的基板。但是，该专利存在以下缺陷：1、本专利只是提出照明模块为白光LED组成，通信模块为RGBLED组成，两个是单独的模块，并未真正解决同时照明和通信的高服务质量要求问题。照明模块在照明时并未考虑到通信模块对照明的具体影响的控制，通信模块在通信时并未考虑到照明模块对通信的具体影响的控制。该专利的封装方式并不能从根本上解决白光LED对通信时RGBLEDs的影响，未从根本上解决RGBLEDs对照明时的白光LEDs的影响。2、本专利主要涉及光源的组成材料和封装材料，并未涉及通信领域具体技术和研究。未涉及白光LED和RGBLEDs在不同布局时之间的显色研究。未涉及白光LED和RGBLEDs的具体通信方式。未涉及RGBLEDs在通信时具体的组成光情况，也未提及其他单色光LEDs(如:黄色LEDs，青色LEDs等),不具有自适应性。未涉及照明和通信时的功率分配问题。3、本专利中的光源所需材料及工艺流程耗材费力。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于可见光通信的新型光源；本专利技术还提供了上述基于可见光通信的新型光源的功率分配方法；基于白光LEDs和RGBLEDs各自的优势，本专利技术首次提出了将两者结合应用到可见光通信系统。这种结合将为可见光通信系统光源的选择提供了坚固的技术支持，更是扩展了可见光通信系统的应用。术语解释：1、VLC，是可见光通信；2、LEDs，是指发光二极管；3、RGBLEDs，是指红、绿和蓝发光二极管；4、WDM，是指波分复用技术；5、MIMO，是指多输入多输出技术；6、CIE，是指国际照明委员会；7、CRI，是指颜色显色指数；8、OOK，是指开关键控调制；9、PPM，是指脉冲位置调制；10、CAP，是指无载波幅度和相位调制；11、CSK，是指色移键控调制；12、OFDM，是指正交频分复用。本专利技术的技术方案为：一种基于可见光通信的新型光源，包括功率分配器、LED驱动器、白光LEDs及单色LEDs中任一种或几种组合的组合光，单色LEDs包括RLEDs、GLEDs、BLEDs、黄色LEDs，青色LEDs等，几种组合的组合光包括RGLEDs、RBLEDs、GBLEDs、RGBLEDs等。功率分配器根据通信时所收到的数据流自适应调整功率分配的系数，即组合光的功率和白光LED的功率之间的功率比值系数，通过功率分配器控制所述LED驱动器点亮白光LED、组合光。新型光源为可见光通信的发射端提出了全新的概念；新型光源的提出，弥补了可见光通信中传统光源的缺陷，为可见光通信中发射端的发展树立了新的标准。上述基于可见光通信的新型光源的功率分配方法，所述白光LEDs与所述组合光作为发射端和光源，物理滤光片、光电检测器作为接收端，通过物理滤光片将光源分离为独立的红、绿、蓝光信道，并通过光电检测器检测独立的红、绿、蓝光信号并转化为电信号，包括步骤如下：(1)确定白光LEDs的相对光功率谱Swhite(λ)以及组合光的相对光功率谱和(2)设定组合光与白光LEDs的功率比分别为：和是指RGBLEDs中RLEDs的功率，是指RGBLEDs中GLEDs的功率，是指RGBLEDs中BLEDs的功率，Pwhite是指白光LEDs的功率，ηr是指RGBLEDs中RLEDs的功率与白光LEDs的功率的比值，ηg是指RGBLEDs中GLEDs的功率与白光LEDs的功率的比值，ηb是指RGBLEDs中BLEDs的功率与白光LEDs的功率的比值；(3)计算新型光源的相对光功率谱SLight(λ)，计算公式如式(Ⅰ)所示：SLight(λ)＝Swhite(λ)+ηSLED(λ)(Ⅰ)式(Ⅰ)中，ηSLED(λ)为对应的中的一种；白光LEDs与RLEDs组合时，白光LEDs与GLEDs组合时，白光LEDs与BLEDs组合时，白光LEDs与RGLEDs组合时，白光LEDs与RBLEDs组合时，白光LEDs与GBLEDs组合时，白光LEDs与RGBLEDs组合时，(4)计算新型光源的三刺激值XLight、YLight、ZLight：计算公式如式(Ⅱ)-(Ⅳ)所示：(Ⅱ)-(Ⅳ)中，和分别是CIE1931标准色度观察者三刺激值；(5)计算新型光源在色度坐标系统里的坐标值(xlight,ylight)、坐标值(ulight,vlight)。xlight、ylight是新型光源在CIE1931色度坐标中的坐标值，ulight、vlight是新型光源在CIE1960均匀色度空间(CIE1960均匀颜色空间是一衡量颜色的坐标系)的坐标值，计算公式如式(Ⅴ)-(Ⅸ)所示：zlight＝1-xlight-ylight(Ⅶ)(6)根据步骤(5)求取的坐标值(xlight,ylight)、坐标值(ulight,vlight)以及CIE1964均匀颜色空间，CIE1964均匀颜色空间是由国际照明委员会CIE在1964年改进1960均匀色度空间而来，是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可见光通信的新型光源，其特征在于，包括功率分配器、LED驱动器、白光LEDs及单色LEDs中任一种或几种组合的组合光，功率分配器根据通信时所收到的数据流自适应调整功率分配的系数，即组合光的功率和白光LED的功率之间的功率比值系数，通过功率分配器控制所述LED驱动器点亮白光LED、组合光。

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光通信的新型光源，其特征在于，包括功率分配器、LED驱动器、白光LEDs及单色LEDs中任一种或几种组合的组合光，功率分配器根据通信时所收到的数据流自适应调整功率分配的系数，即组合光的功率和白光LED的功率之间的功率比值系数，通过功率分配器控制所述LED驱动器点亮白光LED、组合光。2.权利要求1所述的基于可见光通信的新型光源的功率分配方法，其特征在于，所述白光LEDs与所述组合光作为发射端和光源，物理滤光片、光电检测器作为接收端，通过物理滤光片将光源分离为独立的红、绿、蓝光信道，并通过光电检测器独立的红、绿、蓝光转化为电信号，包括步骤如下：(1)确定白光LEDs的相对光功率谱Swhite(λ)以及组合光的相对光功率谱和(2)设定组合光与白光LEDs的功率比分别为：是指RGBLEDs中RLEDs的功率，是指RGBLEDs中GLEDs的功率，是指RGBLEDs中BLEDs的功率，Pwhite是指白光LEDs的功率，ηr是指RGBLEDs中RLEDs的功率与白光LEDs的功率的比值，ηg是指RGBLEDs中GLEDs的功率与白光LEDs的功率的比值，ηb是指RGBLEDs中BLEDs的功率与白光LEDs的功率的比值；(3)计算新型光源的相对光功率谱SLight(λ)，计算公式如式(Ⅰ)所示：SLight(λ)＝Swhite(λ)+ηSLED(λ)(Ⅰ)式(Ⅰ)中，ηSLED(λ)为对应的中的一种；白光LEDs与RLEDs组合时，白光LEDs与GLEDs组合时，白光LEDs与BLEDs组合时，白光LEDs与RGLEDs组合时，白光LEDs与RBLEDs组合时，白光LEDs与GBLEDs组合时，白光LEDs与RGBLEDs组合时，(4)计算新型光源的三刺激值XLight、YLight、ZLight：计算公式如式(Ⅱ)-(Ⅳ)所示：(Ⅱ)-(Ⅳ)中，和分别是CIE1931标准色度观察者三刺激值；(5)计算新型光源在色度坐标系统里的坐标值(xlight,ylight)、坐标值(ulight,vlight)。xlight、ylight是新型光源在CIE1931色度坐标中的坐标值，ulight、vlight是新型光源在CIE1960均匀色度空间的坐标值，计算公式如式(Ⅴ)-(Ⅸ)所示：zlight＝1-xlight-ylight(Ⅶ)(6)根据步骤(5)求取的坐标值(xlight,ylight)、坐标值(ulight,vlight)以及CIE1964均匀颜色空间，求取新型光源与标准光源分别照射14种试验颜色样品上的色差△Ej，标准光源是指CIE规定的普朗克辐射体或者标准照明体D或者其他国际标准照明体；14种试验颜色样品是指用于测量显色指数的14块孟塞尔标准颜色样品；色差△Ej的具体求取过程依据国际照明委员会所定标准计算，过程如下：式(Ⅹ)中，u'j，v'j是适应性色位移；C，d是新型光源的参数；Cr，dr是标准照明体的参数；Cj，dj是在新型光源下的14种颜色样品的参数；是色度数据转换成CIE1964均匀色度空间的参数；(7)求得新型光源的特殊显色指数Rj，计算公式如式(Ⅺ)所示：Rj＝100-4.6△Ej(Ⅺ)式(Ⅺ)中，j＝1,…,14；(8)采用1-8试验颜色样品评价新型光源的颜色，即一般显色指数Ra，计算公式如式(Ⅻ)所示：(9)光信号经过自由光信道传输后，到达接收端，被所述光电检测器检测到的多色光信号分别为：经过红色滤光片后，接收端接收到的平均光信号功率的计算公式如式(Ⅻ)、(XIII)所示：经过绿色滤光片后，接收端接收到的平均光信号功率的计算公式如式(XIV)、(XV)所示：经过蓝色滤光片后，接收端接收到的平均光信号功率的计算公式如式(XVI)、(XVII)所示：

【专利技术属性】
技术研发人员：王承祥，宋健，孙健，张文胜，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37