CN114079513B - 一种led驱动信号的调制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED驱动信号的调制方法,包括获取LED调制信号,并将LED调制信号按功率分成多路目标调制信号;确定多路目标调制信号分别所属的频域,并提取每路调制信号在各自频域当中的频段参数;根据各路调制信号的频段参数,分别通过带通滤波器对每路调制信号进行处理,得到多路频域调制信号;将多路频域调制信号分别通过滤波器进行频域均衡,得到多路增益调制信号;分别对多路增益调制信号进行功率补偿,得到多路功率补偿调制信号;将多路功率补偿调制信号进行合成,获得用于驱动LED发出带宽平坦的光源的驱动信号。本发明提供的方法有效解决了100MHz及10GHz量级LED带宽平坦的问题。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域,具体涉及一种LED驱动信号的调制方法及系统。
背景技术
在照明、指示、显示等领域,发光二极管(LED)皆有应用,如对LED的光源进行有意调制,便可以在照明、指示、显示的同时,实现基于LED的通信、检测、成像、定位、识别、传感,使得LED的应用更为广泛。
现有技术中,用带传输的信息对LED的发光强度进行随机高速调制,可以实现照明过程中的无线通信;有意控制LED的发光及强度调节模式,可以实现目标检测、成像、定位、识别、传感,上述应用均与LED的可实时调制带宽密切相关。
由于LED具有寄生电感等特性,常见LED的平坦调制带宽通常为2-3MHz,限制了高速、高精度的可见光应用。传统提升LED调制带宽的手段是通过对发射端添加预均衡手段和接收端添加后均衡手段的方式对LED的频率曲线进行补偿,虽然预均衡技术和后均衡技术可以一定程度的提高LED的调制带宽,但由于LED频率曲线变化不规律,从而使得该技术受到一定程度的限制,同时,现有均衡技术只能对LED的窄带部分频率响应曲线进行补偿,很难实现100MHz及10GHz量级的实时带宽平坦。
发明内容
基于此,本发明实施例当中提供了一种LED驱动信号的调制方法及系统,旨在解决,传统的均衡技术很难实现100MHz及10GHz量级LED带宽平坦的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种LED驱动信号的调制方法,所述方法包括:
获取LED调制信号,并将所述LED调制信号按功率分成多路目标调制信号;
确定所述多路目标调制信号分别所属的频域,并提取每路所述调制信号在各自频域当中的频段参数;
根据各路所述调制信号的频段参数,分别通过带通滤波器对每路所述调制信号进行处理,得到多路频域调制信号;
将所述多路频域调制信号分别通过滤波器进行频域均衡,得到多路增益调制信号;
分别对所述多路增益调制信号进行功率补偿,得到多路功率补偿调制信号;
将所述多路功率补偿调制信号进行合成,获得用于驱动LED发出带宽平坦的光源的驱动信号。
另外,根据本发明上述实施例的一种LED驱动信号的调制方法,还可以具有如下附加的技术特征:
进一步的,所述LED调制信号通过功率分配器分成相等或者不等的多路功率输出,表示为:
其中,y(t)为所述LED调制信号,m表示第m路信号,Lm表示第m段信号占调制信号功率的百分比,ym(t)表示第m路的所述目标调制信号。
进一步的,所述频段参数包括中心频率和带通带宽。
进一步的,所述滤波器的设计为:
进一步的,所述频域均衡包括:
分别获取所述多路频域调制信号;
将所述多路频域调制信号分别进行傅里叶变换,得到多个变换值;
将所述多个变换值取负,并分别与预置幅值相加,得到与所述多路频域调制信号相对应的滤波器的波形参数:
其中,N表示滤波器的阶数,为第m路信号滤波器的频响,a为预置幅值,为第m路的所述频域调制信号,fft表示傅里叶变换,ifft表示逆傅里叶变换,cm(i)表示第m路N阶滤波器中的第i个系数,由所述cm(i)可计算出所述增益调制信号zm(t)。
进一步的,所述分别对所述多路增益调制信号进行功率补偿,得到多路功率补偿调制信号的步骤包括:
确定各路所述增益调制信号的功率补偿系数;
根据所述功率补偿系数,生成所述功率补偿调制信号,各路补偿后的所述功率补偿调制信号为对应的所述功率补偿系数与所述增益调制信号之积,表示为:
其中,Km为第m段信号的所述功率补偿系数,zm(t)为第m路的所述增益调制信号,gm(t)为第m段的所述功率补偿调制信号。
进一步的,所述将所述多路功率补偿调制信号进行合成,获得用于驱动LED发出带宽平坦的光源的驱动信号的步骤包括:
获取各路所述功率补偿调制信号;
将各路所述功率补偿调制信号依次相加,即多路调制信号合成为一路调制信号,得到累加调制信号;
将所述累加调制信号进行信号强度调整,使整体信号满足设定的信号强度;
确定所述驱动信号,表示为:
其中,k为强度补偿系数, M表示信号总路数,g(t)为合成信号,即所述驱动信号。
本发明实施例的第二方面提供了一种LED驱动信号的调制系统,所述系统包括:
功分模块,用于获取LED调制信号,并将所述LED调制信号按功率分成多路目标调制信号;
参数提取模块,用于确定所述多路目标调制信号分别所属的频域,并提取每路所述调制信号在各自频域当中的频段参数;
频域分段模块,用于根据各路所述调制信号的频段参数,分别通过带通滤波器对每路所述调制信号进行处理,得到多路频域调制信号;
均衡模块,用于将所述多路频域调制信号分别通过滤波器进行频域均衡,得到多路增益调制信号;
功率补偿模块,用于分别对所述多路增益调制信号进行功率补偿,得到多路功率补偿调制信号;
合成模块,用于将所述多路功率补偿调制信号进行合成,获得用于驱动LED发出带宽平坦的光源的驱动信号。
进一步的,所述均衡模块还包括:
调制信号获取单元,用于分别获取所述多路频域调制信号;
转换单元,用于将所述多路频域调制信号分别进行傅里叶变换,得到多个变换值;
波形生成单元,用于将所述多个变换值取负,并分别与预置幅值相加,得到与所述多路频域调制信号相对应的滤波器的波形参数:
进一步的,所述功率补偿模块还包括:
功率补偿参数确定单元,用于确定各路所述增益调制信号的功率补偿系数;
功率补偿调制信号生成单元,用于根据所述功率补偿系数,生成所述功率补偿调制信号,各路补偿后的所述功率补偿调制信号为对应的所述功率补偿系数与所述增益调制信号之积,表示为:
其中,Km为第m段信号的所述功率补偿系数,zm(t)为第m路的所述增益调制信号,gm(t)为第m段的所述功率补偿调制信号。
本发明的有益效果为:通过将一路LED调制信号按功率分成多路目标调制信号,再根据各路目标调制信号的频段参数,分别通过带通滤波器进行频域整形处理,达到了保留所需要的频段,抑制不需要的频段的目的,再分别通过滤波器进行频域均衡,得到较好的带宽扩展性,最后将频域均衡后的多路调制信号分别进行功率补偿,该补偿目的即为了保证带宽平坦,同时,将多路功率补偿调制信号进行合成,得到既定带宽平坦的LED驱动信号,该信号用于驱动LED光源,有效解决了100MHz及10GHz量级LED带宽平坦的问题。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的一种LED驱动信号的调制方法的实现流程图;
图2是本发明第二实施例提供的一种LED驱动信号的调制方法的实现流程图;
图3是任意多分单节的功率分配器的电路拓扑结构图;
图4是不等功率分配器的设计与实现方法图;
图5是LED光源在0-400MHz的自身频率响应图。
以下具体实施方式将结合上述附图进一步说明。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固设于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
请参阅图1,图1示出了本发明第一实施例提供的一种LED驱动信号的调制方法的实现流程图,所述方法具体包括步骤S01至步骤S06。
步骤S01,获取LED调制信号,并将所述LED调制信号按功率分成多路目标调制信号。
具体的,LED调制信号按功率分成至少两路目标调制信号,其中,按功率分成的目标调制信号越多,对后续的调制效果更好,可以理解的,若LED调制信号的频域较宽,却只分成两路目标调制信号,那么最终获取的调制效果将大打折扣。
步骤S02,确定所述多路目标调制信号分别所属的频域,并提取每路所述调制信号在各自频域当中的频段参数。
需要说明的是,按功率分成的多路目标调制信号从小到大依次将整个LED调制信号的频域分为多段,即每路目标调制信号处于一个频域范围,并从每个频域范围提取对应的频段参数,其中,频段参数可以为中心频率、带通带宽等。
步骤S03,根据各路所述调制信号的频段参数,分别通过带通滤波器对每路所述调制信号进行处理,得到多路频域调制信号。
具体的,通过将带通滤波器的相关参数与各路调制信号的频段参数匹配,可以达到保留所需要的频段,抑制不需要的频段的效果。
步骤S04,将所述多路频域调制信号分别通过滤波器进行频域均衡,得到多路增益调制信号。
其中,滤波器的工作原理为将一系列的常数(称为抽头系数)乘以一系列最新的多个数据采样,并对所得到的数组的单元进行求和,需要说明的是,对滤波器的频域波形进行逆傅里叶变换,可以得到抽头系数。
通过将多路频域调制信号分别通过滤波器进行频域均衡,可以获得较好的带宽扩展。
步骤S05,分别对所述多路增益调制信号进行功率补偿,得到多路功率补偿调制信号。
具体的,为了完成带宽的平坦,需要对多路增益调制信号进行功率补偿,需要说明的是,由于频域不同,各路增益调制信号的功率补偿大小不一样,根据确定好的补偿系数分别进行补偿,可达到带宽平坦的多路功率补偿调制信号。
步骤S06,将所述多路功率补偿调制信号进行合成,获得用于驱动LED发出带宽平坦的光源的驱动信号。
综上,本发明上述实施例当中的LED驱动信号的调制方法,通过将一路LED调制信号按功率分成多路目标调制信号,再根据各路目标调制信号的频段参数,分别通过带通滤波器进行频域整形处理,达到了保留所需要的频段,抑制不需要的频段的目的,再分别通过滤波器进行频域均衡,得到较好的带宽扩展性,最后将频域均衡后的多路调制信号分别进行功率补偿,该补偿目的即为了保证带宽平坦,同时,将多路功率补偿调制信号进行合成,得到既定带宽平坦的LED驱动信号,该信号用于驱动LED光源,有效解决了100MHz及10GHz量级LED带宽平坦的问题。
实施例二
请参阅图2,图2示出了本发明第二实施例提供的一种LED驱动信号的调制方法的实现流程图,所述方法具体包括步骤S10至步骤S17。
步骤S10,获取LED调制信号,并将所述LED调制信号按功率分成多路目标调制信号。
需要说明的是,LED调制信号通过功率分配器分成相等或者不等的多路功率输出,其中,功率分配器是将输入信号分成相等或者不相等的几路功率输出的一种多端口网络,任意多分单节的功分器的电路拓扑结构如图3所示,从图中可以看出,信号源与负载内阻均为:RS=R=Z0;若分为N等分,则Z0=Z1=…=ZM-1,各段长度均为。
同样的,不等功率分配器的设计过程与实现方法如图4所示,这种功率分配器一般都含有隔离电阻R。主臂的特性阻抗为Z0,支臂的特性阻抗分别为Z02和Z03,它们的终端负载分别为R2和R3,电压的复振幅分别为U2和U3,功率分别为P2和P3。假设微带线本身是无损耗的,两个支臂对应电对地而言的电压是相等的,那么,就可以得到下列关系式:
又因U2=U3,所以有
式中k式比列系数,k可以取1(等功率分配),或大于1和小于1(不等功率)。设Zi2和Zi3分别为支臂的输入阻抗,两者关系是:
则
通常为了方便计算,通常选取
同理可求得
本实施例当中功率系数k=1,再将LED调制信号按功率分成4路目标调制信号,即信号功率等比例分配成4路新信号ym(x),由于
步骤S11,确定所述多路目标调制信号分别所属的频域,并提取每路所述调制信号在各自频域当中的频段参数。
在本实施例当中,LED调制信号的频域为1-400MHz,按功率分成4路目标调制信号,即(1,100)、(100,200)、(200,300)、(300,400),4个频段,其中,(1,100)频段的中心频率为50.5MHz,通带带宽为99MHz,(100,200)频段中心频率为150MHz,通带带宽为100MHz,(200,300)频段中心频率为250MHz,通带带宽为100MHz,(300,400)频段中心频率为350MHz,通带带宽为100MHz。
步骤S12,根据各路所述调制信号的频段参数,分别通过带通滤波器对每路所述调制信号进行处理,得到多路频域调制信号。
可以理解的,存在4个带通滤波器与(1,100)、(100,200)、(200,300)、(300,400),4个频段匹配,用于保留所需要的频段,抑制不需要的频段,分别通过带通滤波器的处理后,可以得到多路频域调制信号。
步骤S13,分别获取所述多路频域调制信号,并将所述多路频域调制信号分别进行傅里叶变换,得到多个变换值,后将所述多个变换值取负,并分别与预置幅值相加,得到与所述多路频域调制信号相对应的滤波器的波形参数。
需要说明的是,滤波器的波形参数为:
其中,N表示滤波器的阶数,为第m路信号滤波器的频响,a为预置幅值,为第m路的所述频域调制信号,fft表示傅里叶变换,ifft表示逆傅里叶变换,cm(i)表示第m路N阶滤波器中的第i个系数,由cm(i)可计算出增益调制信号zm(t)。
具体的,滤波器设计为:
步骤S14,确定各路所述增益调制信号的功率补偿系数。
步骤S15,根据所述功率补偿系数,生成所述功率补偿调制信号。
具体的,功率补偿调制信号表示为:
其中,Km为第m段信号的所述功率补偿系数,zm(t)为第m路的所述增益调制信号,gm(t)为第m段的所述功率补偿调制信号。
步骤S16,获取各路所述功率补偿调制信号,并将各路所述功率补偿调制信号依次相加,即多路调制信号合成为一路调制信号,得到累加调制信号。
具体的,累加调制信号表示为:
其中,m表示第m路信号,M表示信号总路数,gm(t)为第m段的所述功率补偿调制信号,G(t)为累加调制信号。
步骤S17,将所述累加调制信号进行信号强度调整,使整体信号满足设定的信号强度,并确定所述带宽平坦驱动信号。
在本实施例当中,为了使整体信号满足设定的信号强度Z=3,将信号的整体补偿系数设置为k=3,可以理解的,可以针对需要的信号强度进行调整,即对整体补偿系数k进行设定,再将累加调制信号与整体补偿系数相乘,即带宽平坦驱动信号表示为:
其中,k为强度补偿系数,g(t)为合成信号,即所述驱动信号。
实施例三
本发明实施例另一方面提供了一种LED驱动信号的调制系统,所述系统包括:
功分模块,用于获取LED调制信号,并将所述LED调制信号按功率分成多路目标调制信号;
参数提取模块,用于确定所述多路目标调制信号分别所属的频域,并提取每路所述调制信号在各自频域当中的频段参数;
频域分段模块,用于根据各路所述调制信号的频段参数,分别通过带通滤波器对每路所述调制信号进行处理,得到多路频域调制信号;
均衡模块,用于将所述多路频域调制信号分别通过滤波器进行频域均衡,得到多路增益调制信号;
功率补偿模块,用于分别对所述多路增益调制信号进行功率补偿,得到多路功率补偿调制信号;
合成模块,用于将所述多路功率补偿调制信号进行合成,获得用于驱动LED发出带宽平坦的光源的驱动信号。
进一步的,所述均衡模块还包括:
调制信号获取单元,用于分别获取所述多路频域调制信号;
转换单元,用于将所述多路频域调制信号分别进行傅里叶变换,得到多个变换值;
波形生成单元,用于将所述多个变换值取负,并分别与预置幅值相加,得到与所述多路频域调制信号相对应的滤波器的波形参数:
进一步的,所述功率补偿模块还包括:
功率补偿参数确定单元,用于确定各路所述增益调制信号的功率补偿系数;
功率补偿调制信号生成单元,用于根据所述功率补偿系数,生成所述功率补偿调制信号。
进一步的,所述合成模块还包括:
功率补偿调制信号获取单元,用于获取各路所述功率补偿调制信号;
累加单元,用于将各路所述功率补偿调制信号依次相加,即多路调制信号合成为一路调制信号,得到累加调制信号;
信号强度调整单元,用于将所述累加调制信号进行信号强度调整,使整体信号满足设定的信号强度;
确定单元,用于确定所述驱动信号,表示为:
其中,k为强度补偿系数,M表示信号总路数,g(t)为合成信号,即所述驱动信号。
本发明的有益效果为:通过将一路LED调制信号按功率分成多路目标调制信号,再根据各路目标调制信号的频段参数,分别通过带通滤波器进行频域整形处理,达到了保留所需要的频段,抑制不需要的频段的目的,再分别通过滤波器进行频域均衡,得到较好的带宽扩展性,最后将频域均衡后的多路调制信号分别进行功率补偿,该补偿目的即为了保证带宽平坦,同时,将多路功率补偿调制信号进行合成,得到既定带宽平坦的LED驱动信号,该信号用于驱动LED光源,有效解决了100MHz及10GHz量级LED带宽平坦的问题。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种LED驱动信号的调制方法,其特征在于,所述方法包括:
获取LED调制信号,并将所述LED调制信号按功率分成多路目标调制信号;
确定所述多路目标调制信号分别所属的频域,并提取每路所述调制信号在各自频域当中的频段参数;
根据各路所述调制信号的频段参数,分别通过带通滤波器对每路所述调制信号进行处理,得到多路频域调制信号;
将所述多路频域调制信号分别通过滤波器进行频域均衡,得到多路增益调制信号,其中,所述频域均衡的步骤包括分别获取所述多路频域调制信号,将所述多路频域调制信号分别进行傅里叶变换,得到多个变换值,将所述多个变换值取负,并分别与预置幅值相加,得到与所述多路频域调制信号相对应的滤波器的波形参数:
分别对所述多路增益调制信号进行功率补偿,得到多路功率补偿调制信号,其中,所述功率补偿的步骤包括确定各路所述增益调制信号的功率补偿系数,根据所述功率补偿系数,生成所述功率补偿调制信号,各路补偿后的所述功率补偿调制信号为对应的所述功率补偿系数与所述增益调制信号之积,表示为:
其中,Km为第m段信号的所述功率补偿系数,zm(t)为第m路的所述增益调制信号,gm(t)为第m段的所述功率补偿调制信号;
将所述多路功率补偿调制信号进行合成,获得用于驱动LED发出带宽平坦的光源的驱动信号。
3.根据权利要求1所述的LED驱动信号的调制方法,其特征在于,所述频段参数包括中心频率和带通带宽。
6.一种LED驱动信号的调制系统,其特征在于,所述系统包括:
功分模块,用于获取LED调制信号,并将所述LED调制信号按功率分成多路目标调制信号;
参数提取模块,用于确定所述多路目标调制信号分别所属的频域,并提取每路所述调制信号在各自频域当中的频段参数;
频域分段模块,用于根据各路所述调制信号的频段参数,分别通过带通滤波器对每路所述调制信号进行处理,得到多路频域调制信号;
均衡模块,用于将所述多路频域调制信号分别通过滤波器进行频域均衡,得到多路增益调制信号,其中,所述频域均衡的步骤包括分别获取所述多路频域调制信号,将所述多路频域调制信号分别进行傅里叶变换,得到多个变换值,将所述多个变换值取负,并分别与预置幅值相加,得到与所述多路频域调制信号相对应的滤波器的波形参数:
功率补偿模块,用于分别对所述多路增益调制信号进行功率补偿,得到多路功率补偿调制信号,其中,所述功率补偿的步骤包括确定各路所述增益调制信号的功率补偿系数,根据所述功率补偿系数,生成所述功率补偿调制信号,各路补偿后的所述功率补偿调制信号为对应的所述功率补偿系数与所述增益调制信号之积,表示为:
其中,Km为第m段信号的所述功率补偿系数,zm(t)为第m路的所述增益调制信号,gm(t)为第m段的所述功率补偿调制信号;
合成模块,用于将所述多路功率补偿调制信号进行合成,获得用于驱动LED发出带宽平坦的光源的驱动信号。
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