[发明专利]一种基于可见光通信的滤光镜参数优化方法

说明书

技术领域

本发明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。

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，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，更是成为未来研究的热点。

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。

测试研究表明，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究。

发明内容

发明目的：本发明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。

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α、β，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：

S_r(λ)＝a₁ exp[-(λ-λ₁)²/σ₁²]

S_a(λ)＝a₂ exp[-(λ-λ₂)²/σ₂²]

S_g(λ)＝a₃ exp[-(λ-λ₃)²/σ₃²]

S_b(λ)＝a₄ exp[-(λ-λ₄)²/σ₄²]

其中，a₁-a₄、λ₁-λ₄、σ₁-σ₄是高斯函数的拟合参数，为实常数；S_r(λ)为红光的光谱函数，S_a(λ)为黄光的光谱函数，S_g(λ)为绿光的光谱函数，S_b(λ)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_back(λ)＝P和接收端总噪声功率N_t，其中P和N_t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：