L〇= 1001m，所需设计的星座点个数Μ分别为4/8/16,电路允 许最大安全电流为1000mA。根据说明书方法流程进行如下操作：
[0043] (1)根据亮度非负性，亮度恒定约束，合成白光的色溫及显色指数约束建立所需优 化的数学模型，如下所示：
[0047]显色指数：Ra>Ratar
[004引幅度:0含s。
[0049] 其中，假设星座点为各色发射亮度，其总数为M，该Μ个星座点构成4MX1维向量s， cUin表示星座点间的最小距离，Ευ包括单色最大亮度限制及信道信息，用于选择第i和第j个 星座点并求两者之差，acT表示目标色溫下的白光在色域图CIE XYZ上的坐标，C将各星座点 对应的颜色强度累加，Ξ刺激值矩阵Atv将光强转化为色域图CIE XYZ坐标。
[0050] (2)根据线性混光方程有：
[0051] AtvSCT=acT
[0052] 而在上式中可见矩阵表示为如下形式：
[0056] 于是RGBA各功率比和黄光功率比存在如下线性关系：
[0057] scT = aci+C2
[0化引并结合显色指数的要求，遍历α，取得满足显色指数需求的可行域
于是 可将（1)中的问题转化为:在本例条件下如图3所示，α可行域为:65^。24。根据线性混光 方程得出的结论，并且由于可将步骤（1)中的8?弗9.8>记",非凸条件转化为可迭代优化的 凸问题，可将步骤(1)中的问题转化为：
[00创幅度:0含S。
[0063] (3)在α的每个可行域中对步骤(2)中的问题进行求解，分别求出各可行域中的局 部最优星座点及其对应的星座点间最小距离，比较运些局部最优星座点，选取其中星座点 间最小距离最大的一个作为全局最优星座点。
[0064] 由于本例中获得的可行域为单区间，从而问题变为：
[00 化]
[00側幅度:0含S。
[0069] 因此只需求得该区间里的最优星座点即可作为最终的最优星座点。对于上述步骤 (2)中的迭代优化问题的求解具体可分为如下几步：
[0070] (1)任取一满足上述约束条件的初始星座点S0,并令星座点间最小距离初始值dpre =0,根据计算精度设置判定阔值0,在此取判定阔值〇=1〇Λ
[0071] (2)将so和cU作为模型优化的初始量；
[0072] (3)对模型进行单次优化求解，获得满足条件的星座点S及其星座点间最小距离d， 如果满足|d-dpre I <10-4,可认为最小距离已基本不变，贝进入步骤(4)，否则S0=S，dpre = d， 返回步骤(2);
[0073] (4)记录星座点S及d;
[0074] (5)重复步骤(1)-(4)优化N次，选取其中星座点间距离d最大的星座点作为最优星 座点Sopt。
[0075] 对于参考亮度值Lo可进行如下选取:任取一参考亮度值Lo,随后进行星座点优化获 得最优星座点Sopt，若Sopt中存在元素等于1，则令直至优化出的Sopt中所有元素均 小于1。本例中L〇= 1001m满足要求。
[0076] 完成上述优化后对目标亮度L实施W下照明策略：
[0077] (1)记录参考亮度Lo下的星座点<片
[007引（2)如果照明亮度需求L含Lo,则启用一组四色光组进行通信，其目标星座点为：
[0079]
[0080] 此时记亮度控制因子/ = ^各色驱动电流根据星座点亮度通过查表法获得；
[0081] 如果照明亮度需求L〉Lo,则启用k组四色灯组进行通信，每组目标星座点为：
[0082]
[0083] 其中：
y为向下取整操作，此时记亮度控制因子y = 各色驱动 电流根据星座点亮度同样通过查表法获得。
[0084] 下面演示独立于光照亮度的照明策略。如前所述前面得到的最优星座点SDpt除了 亮度Lo有别于照明需求亮度，其余都能满足照明要求，将此星座点记为S廷。：
[0085] 1、假设时刻A所需照明亮度L = 801m，则满足L<L〇,启用一组RGBA灯组，该组的目 标星座点为
各色L邸驱动电流通过查表法获得；
[0086] 2、假设时亥化所需照明亮度L = 4501m，则不满足。Lo,启用
SRGBA 灯组，每组的目标星座点3
各色L邸驱动电流通过查表法获得。
[0087] 如图3所示，对于LZ4-03MA07型号的RGBA四色L抓来说，在固定色溫下的显色指数 的约束，α的可行域只有一个，并且不同的色溫下，α的可行域一般也不同。RGBS色Lm)实际 上是RGBA四色L抓在黄光不工作即α = 〇时的特殊情况，无论是冷光或是暖光，其显色指数一 般较低。因此当引入黄光时能有效地提高合成白光的显色指数，改善合成白光的质量。
[008引如图4所示，在色溫CT为5000Κ，显色指数Ra ^5时，该图为单组RGBA灯组优化出的 4/8/16CSK归一化最小距离W及取消黄光之后的RGB灯组优化出的4/8/16CSK归一化最小距 离随着亮度的变化关系。从图中可W看出，在照明亮度较小时，归一化最小距离不变，而在 照明亮度较大时，归一化距离在逐渐变小。运是因为在亮度较小时，设计的星座点并没有使 得驱动电流超过安全电流，在此线性范围内亮度逐渐增加亮度，星座点也按比例增加；当亮 度超过运个范围时，原星座点按比例增加会超过驱动电流，因此需要进行重新设计优化，且 可取空间相对变小。从图上可W看出，示例中的L0=1001m落入线性范围，即设计的星座点 并没有使得驱动电流超过安全电流，满足Lo的选取要求。
[00例如图5所示，在显色指数Ra^5,参考亮度为1001m时，该图为单组RGBA灯组优化出 的4/8/16CSK归一化最小距离W及取消黄光之后的RGB灯组优化出的4/8/16CSK归一化最小 距离随着色溫的变化关系。从图中可W看出RGBA的星座点间最小距离明显大于RGB的星座 点间最小距离。运是因为四色RGBA系统相比RGB系统多出来一个黄光波段，即多出来一个自 由度，因此可选的信号空间也被增大，设计出的最优星座点的星座点间最小距离也就大。
[0090] 如图6所示，该图为在色溫CT为5000K，显色指数Ra> 75,参考亮度为1001m时RGBA 误比特率性能与RGB的误比特性能的比较。从图中可W看出由于RGBA系统的信道间最小距 离大于RGB系统，因此在误比特率方面有很大提升，而且在照明质量方面，RGBA兼顾了显色 指数Ra ^ 75的条件，而RGB系统则无法做到。
[0091] 上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和等同替换，运些对本发明 权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种四色可见光通信系统色移键控星座点优化照明方法，其特征在于，该方法在目 标色溫下遍历黄光Lm)的功率比a,通过线性混光方程组将非线性的显色指数约束转化为线 性的黄光功率比a的约束，获得满足显色指数约束的所有可行域[ai，Qu]，随后在参考亮度下 通过迭代优化的方法逐步优化出最佳的星座点Snpt,然后根据实际所需照明亮度L决定所需 启用的四色灯组数量，从而获得最佳的通信性能。2. 根据权利要求1所述的四色可见光通信系统色移键控星座点优化照明方法，其特征 在于，在参考亮度下通过迭代优化的方法逐步优化出最佳的星座点SDPt的具体方法为:按照 W下步骤进行K次迭代优化，从优化结果中选取星座点间最小距离d最大的星座点作为最优 星座点Snpt, K为迭代优化次数： (1) 获取发送端和接收端之间的信道参数，根据所需照明光的色溫约束，亮度约束，显 色指数约束W及光通信本身的非负性约束，建立色移键控星座点设计模型； (2) 任取一个同时满足上述四个约束条件的初始星座点S0,并令星座点间最小距离初始 值dfire 二 O ; (3) 将所述SO和dpre作为色移键控星座点设计模型优化的初始量； (4) 对色移键控星座点设计模型进行单次优化求解，获得满足所述四个约束条件的星 座点S及其星座点间最小距离d，如果满足|(1-(1。,6|<〇,〇为判定阔值，则进入步骤(5)，否则令 SO = S , dpre = d ,返回步骤(3 ); (5) 记录星座点S及d，作为本次迭代优化结果。3. 如权利要求1所述的四色可见光通信系统色移键控星座点优化照明方法，其特征在 于:根据下式将非线性的显色指数约束转化为线性的黄光功率比Cl的约束：其中，N为所需设计星座点个数，C为同色光功率累加矩阵，Cl和C2分别是四色混白光时 红绿蓝S色Lm)功率与黄光Lm)功率的一次项转换系数及常数项，[A，馬]表示满足色溫和 显色指数要求的黄光功率比的第i个可行子域。4. 如权利要求1、2或3所述的四色可见光通信系统色移键控星座点优化照明方法，其特 征在于:根据实际所需照明亮度L决定所需启用的四色灯组数量的具体方法如下： (1) 记录参考亮度Lo下的星座点S^n. (2) 如果照明亮度需求L含Lo，则启用一组四色光组进行通信，其目标星座点皆W为：同时根据星座点亮度通过查表法获得各色驱动电流； 如果照明亮度需求L〉L〇,则启用k组四色灯组进行通信，每组目标星座点S'Dpt为：其中，，l_g_J为向下取整操作； 同时根据星座点亮度通过查表法获得各色驱动电流。5.如权利要求1、2或3所述的四色可见光通信系统色移键控星座点优化照明方法，其特 征在于:所述参考亮度根据W下方法确定:任取一参考亮度值Lo，随后进行星座点优化获得 最优星座点SDPt,若SDPt中所有元素均小于1，则将该参考亮度值作为最终确定的参考亮度 Lo,否则4继续进行星座点优化，反复迭代，直至优化出的SDPt中所有元素均小于 1，则此时的Lo为最终确定的参考亮度。
【专利摘要】本发明公开了一种四色可见光通信系统色移键控星座点优化照明方法，优化设计的目标是在提供高质量的照明条件的前提下，使得相应通信信道下的接收端星座点间的最小欧式距离（MED）最大化。本发明将照明所需的亮度，色温及显色指数的约束考虑在内，通过迭代优化算法对所需设计的星座点间的最小距离进行优化求解，得出最佳星座点，并针对该最佳星座点，提出了一种独立于照明亮度且能取得最优通信性能的照明策略。
【IPC分类】H04B10/116, H04B10/079, H05B33/08
【公开号】CN105656555
【申请号】
【发明人】梁霄, 袁鸣, 史锋峰, 赵春明
【申请人】东南大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月25日