CN117411546B - 一种led通信能力评价方法及系统 - Google Patents

一种led通信能力评价方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117411546B
CN117411546B CN202311688147.XA CN202311688147A CN117411546B CN 117411546 B CN117411546 B CN 117411546B CN 202311688147 A CN202311688147 A CN 202311688147A CN 117411546 B CN117411546 B CN 117411546B
Authority
CN
China
Prior art keywords
led
target
frequency response
frequency
modulation amplitude
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202311688147.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN117411546A (zh
Inventor
王玉皞
凌子漩
陈煊邦
王正海
刘晓东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN202311688147.XA priority Critical patent/CN117411546B/zh
Publication of CN117411546A publication Critical patent/CN117411546A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117411546B publication Critical patent/CN117411546B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/075—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal
    • H04B10/079—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal using measurements of the data signal
    • H04B10/0799—Monitoring line transmitter or line receiver equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明提供了一种LED通信能力评价方法及系统，通过确定积分球的附加频率响应，后对基于积分球的LED通信能力测试装置进行校准与标定，并控制直流偏置器将矢量网络分析仪输出的扫频信号与直流信号耦合后发送给目标LED，通过积分球均匀积分到一处，由PD接收；控制PD将信号输入矢量网络分析仪，以获得目标LED的频率响应；根据目标LED的频率响应与PD的光电转换线性关系，确定PD接收到的光的光调制幅度频率响应，并将光调制幅度频率响应与对应的系数相乘，得到目标光调制幅度频率响应，再与对应的目标频率相乘，得到目标光调制幅度频率积，将‑3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积定义为目标光调制幅度带宽积，以评价目标LED的通信能力。

Description

一种LED通信能力评价方法及系统
技术领域
本发明属于LED通信能力评价技术领域，具体涉及一种LED通信能力评价方法及系统。
背景技术
LED是可见光系统中信号发射端的有源天线，它将电流调制为发光强度，发出的光由光电二极管接收器(PD)接收，PD将其转化为电信号便完成了信息的传递。
现有的测量LED可用来通信能力的方法为比较LED的频率响应带宽，具体做法是将调制信号送入LED后，LED发出的光经过空间传播后，由一定距离外的位于LED轴向的PD接收，根据 PD输出的信号得到该LED的频率响应。然而这种方法仅通过测量LED轴向的光就以此来判断整个LED的频率响应带宽，其中，轴向光仅为LED所发出的光中很少一部分，不同LED的发光角度各有不同，因此，通过上述方式得到的结果并不客观。
具体的，比较频率响应带宽一般采用射频邻域中的-3dB带宽的概念，它的定义是当接收信号强度衰减到原信号强度一半时，对应的频率即为其-3dB带宽。-3dB越高意味着其能调制更高频率或速率的信号。然而对于LED来说，由于其受到内部结电阻、结电容的时间常数以及载流子寿命的限制，LED的固有带宽一般被限制在10MHz以内，因此，用于可见光通信时，LED通常需要搭配均衡器来拓展其可用的带宽，均衡器的作用是通过牺牲光功率的输出能力来换取对应的带宽，光功率输出能力降低会限制LED的照明能力，这对同时需要具备一定照明能力的LED来说是不能接受的，因此，传统-3dB带宽仅从带宽角度来评价LED的通信能力是不全面的，其未能考虑到LED的输出光功率，也即无法表征LED潜在的可拓展通信能力。
发明内容
基于此，本发明实施例当中提供了一种LED通信能力评价方法及系统，旨在解决现有技术中，仅仅通过从由LED发出的轴向光所获得的频率响应的-3dB带宽来评价LED的通信能力不准确的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种LED通信能力评价方法，通过LED通信能力测试装置实现，所述LED通信能力测试装置包括矢量网络分析仪、与所述矢量网络分析仪一端电性连接的直流偏置器、与所述直流偏置器电性连接的LED、与LED光路连接的积分球、以及与积分球光路连接的PD，其中，所述矢量网络分析仪的另一端与PD电性连接，所述方法包括：
将一已知频率响应的标准LED接入LED通信能力测试装置中，并运行LED通信能力测试装置，得到目标频率响应；
将所述目标频率响应与标准LED的频率响应进行计算，确定积分球的附加频率响应；
根据所述附加频率响应的倒数，对基于积分球的LED通信能力测试装置进行校准与标定，并控制直流偏置器将矢量网络分析仪输出的扫频信号与直流信号耦合后发送给目标LED，目标LED发出的各个方向上的光通过积分球均匀积分到一处，由PD接收；
控制PD将信号输入矢量网络分析仪，以获得目标LED的频率响应；
根据所述目标LED的频率响应与PD的光电转换线性关系，确定PD接收到的光的光调制幅度频率响应，并根据PD接收到的光与目标LED发出的所有光构成的比例关系，将所述光调制幅度频率响应与对应的系数相乘，得到目标LED的目标光调制幅度频率响应；
将目标光调制幅度频率响应与对应的目标频率相乘，得到目标光调制幅度频率积，其中，目标频率为-3dB带宽频率，所述目标光调制幅度频率积为-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积，由于-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积为常数，后将-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积定义为目标光调制幅度带宽积，以评价目标LED的通信能力。
进一步的，所述将所述目标频率响应与标准LED的频率响应进行计算，确定积分球的附加频率响应的步骤中，积分球的附加频率响应表达式为：
；
其中，Hsphere(f)表示为积分球的附加频率响应，Hdisplay(f)表示为所述目标频率响应，HLED0（f）表示为标准LED的频率响应。
进一步的，所述根据所述目标LED的频率响应与PD的光电转换线性关系，确定PD接收到的光的光调制幅度频率响应，并根据PD接收到的光与目标LED发出的所有光构成的比例关系，将所述光调制幅度频率响应与对应的系数相乘，得到目标LED的目标光调制幅度频率响应的步骤中，目标LED的目标光调制幅度频率响应的表达式为：
；
其中，POMA(f)表示为所述目标光调制幅度频率响应，α表示为积分球对光路的增益，VS表示为扫频信号电压，β表示为PD的光电转换效率，R表示为PD中集成的跨阻放大器增益，|HLED(f)| 表示为目标LED的频率响应幅值，HLED(f)表示为所述目标LED的频率响应，所述目标LED的频率响应的表达式为：
；
其中，Rq表示为目标LED的结电阻，Cq表示为目标LED结电容，Rc表示为目标LED芯片内部的串联电阻，Cj表示为并联键生电容，h表示为目标LED的外部量子效率，f表示为所述目标频率，k表示为虚数，i（f）表示为流经目标LED的结电阻的电流，I（f）表示为流经目标LED的总电流。
进一步的，所述将目标光调制幅度频率响应与对应的目标频率相乘，得到目标光调制幅度频率积，其中，目标频率为-3dB带宽频率，所述目标光调制幅度频率积为-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积，由于-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积为常数，后将-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积定义为目标光调制幅度带宽积，以评价目标LED的通信能力的步骤中，所述目标光调制幅度带宽积的表达式为：
；
表示为-3dB带宽频率。
本发明实施例的第二方面提供了一种LED通信能力评价系统，通过LED通信能力测试装置实现，所述LED通信能力测试装置包括矢量网络分析仪、与所述矢量网络分析仪一端电性连接的直流偏置器、与所述直流偏置器电性连接的LED、与LED光路连接的积分球、以及与积分球光路连接的PD，其中，所述矢量网络分析仪的另一端与PD电性连接，所述系统包括：
运行模块，用于将一已知频率响应的标准LED接入LED通信能力测试装置中，并运行LED通信能力测试装置，得到目标频率响应；
计算模块，用于将所述目标频率响应与标准LED的频率响应进行计算，确定积分球的附加频率响应；
第一控制模块，用于根据所述附加频率响应的倒数，对基于积分球的LED通信能力测试装置进行校准与标定，并控制直流偏置器将矢量网络分析仪输出的扫频信号与直流信号耦合后发送给目标LED，目标LED发出的各个方向上的光通过积分球均匀积分到一处，由PD接收；
第二控制模块，用于控制PD将信号输入矢量网络分析仪，以获得目标LED的频率响应；
目标光调制幅度频率响应获取模块，用于根据所述目标LED的频率响应与PD的光电转换线性关系，确定PD接收到的光的光调制幅度频率响应，并根据PD接收到的光与目标LED发出的所有光构成的比例关系，将所述光调制幅度频率响应与对应的系数相乘，得到目标LED的目标光调制幅度频率响应；
评价模块，用于将目标光调制幅度频率响应与对应的目标频率相乘，得到目标光调制幅度频率积，其中，目标频率为-3dB带宽频率，所述目标光调制幅度频率积为-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积，由于-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积为常数，后将-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积定义为目标光调制幅度带宽积，以评价目标LED的通信能力。
本发明实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的LED通信能力评价方法。
本发明实施例的第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述的LED通信能力评价方法。
本发明的有益效果为：该方法通过将一已知频率响应的标准LED接入LED通信能力测试装置中，并运行LED通信能力测试装置，得到目标频率响应；将目标频率响应与标准LED的频率响应进行计算，确定积分球的附加频率响应；根据所述附加频率响应的倒数，对基于积分球的LED通信能力测试装置进行校准与标定，并控制直流偏置器将矢量网络分析仪输出的扫频信号与直流信号耦合后发送给目标LED，目标LED发出的各个方向上的光通过积分球均匀积分到一处，由PD接收；控制PD将信号输入矢量网络分析仪，以获得目标LED的频率响应；根据目标LED的频率响应与PD的光电转换线性关系，确定PD接收到的光的光调制幅度频率响应，并根据PD接收到的光与目标LED发出的所有光构成的比例关系，将光调制幅度频率响应与对应的系数相乘，得到目标LED的目标光调制幅度频率响应；将目标光调制幅度频率响应与对应的目标频率相乘，得到目标光调制幅度频率积，其中，目标频率为-3dB带宽频率，目标光调制幅度频率积为-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积，由于-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积为常数，后将-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积定义为目标光调制幅度带宽积，以评价目标LED的通信能力，具体的，从PD角度出发将频率响应映射为光调制幅度频率响应，再通过引入积分球来完整得到LED光调制幅度频率响应，这样可客观描述LED的输出光功率与通信带宽，此外，取目标光调制幅度带宽积来表示LED的带宽与光功率的具体互换数值关系，且该数值关系唯一，这为揭示LED潜在的通信能力和为不同LED的通信能力提供了判断依据。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种LED通信能力评价方法的实现流程图；
图2为LED通信能力测试装置的结构示意图；
图3为所测LED的光调制幅度频率响应的示意图；
图4为LED的电流驱动等效模型；
图5为不同LED的OBP对比图；
图6为本发明实施例二提供的一种LED通信能力评价系统的结构示意图；
图7为本发明实施例三当中的电子设备的结构框图。
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。
需要说明的是，调制好的电信号由LED转化为光信号后经过自由空间传播后由PD接收，PD将调制好的光信号再转化为电信号，完成信息传递。由矢量网络分析仪（VNA）可获得LED对信号的传递频率响应。LED由于电光转换为非线性，直接由驱动电流获得LED的输出光功率较为困难，且不统一，而PD对光电转换是线性的，因此，从接收端的角度出发，由PD的输出电流来反映LED的输出光功率，并使光功率与频率响应对应得到LED的光调制幅度频率响应，使其不仅能显示LED对信号的频率响应还能显示LED的输出光功率。
同时，为了解决PD只能测量轴向光而导致所测光功率并不完全的问题，采用积分球来代替自由空间，积分球可将各方向光积分后均匀分布于球体各处，便可以由一部分光来反映全部输出光功率。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例一
请参阅图1，图1为本发明实施例一提供的一种LED通信能力评价方法的实现流程图，该LED通信能力评价方法通过LED通信能力测试装置实现，所述LED通信能力测试装置包括矢量网络分析仪、与所述矢量网络分析仪一端电性连接的直流偏置器、与所述直流偏置器电性连接的LED、与LED光路连接的积分球、以及与积分球光路连接的PD，其中，积分球的输入端与LED光路连接，积分球的输出端与PD光路连接，所述矢量网络分析仪的另一端与PD电性连接，请参阅图2，为LED通信能力测试装置的结构示意图，该方法具体包括步骤S01至步骤S06。
步骤S01，将一已知频率响应的标准LED接入LED通信能力测试装置中，并运行LED通信能力测试装置，得到目标频率响应。
需要说明的是，积分球对高频信号具有不可辨性，即积分球具有低通效应，会对信号叠加一种低通的频率响应，因此，在正式测试前，需要使用已知频率响应的LED来将基于积分球的LED通信能力测试装置进行校准与标定。其中，将已知频率响应的LED置于积分球一端，运行LED通信能力测试装置，将该已知频率响应的LED原频率响应与通过积分球后的频率响应对比，得到积分球所附加的低通频率响应，之后的测量过程中除去该低通频率响应即可，具体做法是，打开矢量网络分析仪的校准功能，将附加频率响应的倒数记录下来，此后的测量结果便不包含积分球的附加响应。
步骤S02，将所述目标频率响应与标准LED的频率响应进行计算，确定积分球的附加频率响应。
具体的，积分球的附加频率响应表达式为：
；
其中，Hsphere(f)表示为积分球的附加频率响应，Hdisplay(f)表示为所述目标频率响应，HLED0（f）表示为标准LED的频率响应。
步骤S03，根据所述附加频率响应的倒数，对基于积分球的LED通信能力测试装置进行校准与标定，并控制直流偏置器将矢量网络分析仪输出的扫频信号与直流信号耦合后发送给目标LED，目标LED发出的各个方向上的光通过积分球均匀积分到一处，由PD接收。
步骤S04，控制PD将信号输入矢量网络分析仪，以获得目标LED的频率响应。
步骤S05，根据所述目标LED的频率响应与PD的光电转换线性关系，确定PD接收到的光的光调制幅度频率响应，并根据PD接收到的光与目标LED发出的所有光构成的比例关系，将所述光调制幅度频率响应与对应的系数相乘，得到目标LED的目标光调制幅度频率响应。
具体的，由于PD的光电转换为线性，该目标LED的频率响应可进一步映射为POMA(f)，积分球的使用确保可将该POMA(f)来表征LED完整的光调制幅度频率响应，目标LED的目标光调制幅度频率响应的表达式为：
；
其中，POMA(f)表示为目标光调制幅度频率响应，α表示为积分球对光路的增益，VS表示为扫频信号电压，β表示为PD的光电转换效率，R表示为PD中集成的跨阻放大器增益，|HLED(f)| 表示为目标LED的频率响应幅值，HLED(f)表示为目标LED的频率响应，由此可获得目标LED的目标光调制幅度频率响应，它客观的表征了LED的输出光功率与频率的关系，可作为参考来衡量输出光功率与通信带宽，请参阅图3，为所测LED的光调制幅度频率响应的示意图。
此外，请参阅图4，为LED的电流驱动等效模型，由LED的结构中的一阶RC特性表明，这种输出光功率与带宽之间的互换关系为线性，因此进一步提出将光调制幅度频率响应与频率相乘得到光调制幅度频率积，在-3dB点处此积为近似常数，将该常数定义为光调制幅度带宽积（OBP），这为比较不同LED的通信能力提供了依据，所述目标LED的频率响应的表达式为：
；
其中，Rq表示为目标LED的结电阻，Cq表示为目标LED结电容，Rc表示为目标LED芯片内部的串联电阻，Cj表示为并联键生电容，h表示为目标LED的外部量子效率，f表示为所述目标频率，k表示为虚数，i（f）表示为流经目标LED的结电阻的电流，I（f）表示为流经目标LED的总电流，在本实施例当中，键生电阻与键生电感并不参与分流，所以在此并不考虑。
步骤S06，将目标光调制幅度频率响应与对应的目标频率相乘，得到目标光调制幅度频率积，其中，目标频率为-3dB带宽频率，所述目标光调制幅度频率积为-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积，由于-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积为常数，后将-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积定义为目标光调制幅度带宽积，以评价目标LED的通信能力。
具体的，所述目标光调制幅度带宽积的表达式为：
；
其中，表示为-3dB带宽频率，/>可以忽略不记，/>的数量级在10-17左右，因此，/>也可忽略不计；OBP仅与α、VS、β、R有关，当测试条件一致时这些参数为常数，OBP便可成为用来比较不同LED的通信能力的依据，目标光调制幅度带宽积代表LED满足所需不同输出光功率时可换取的最大带宽，同时，该值越大的LED意味着能牺牲更大的输出光功率来换取带宽。
请参阅图5，为不同LED的OBP对比图，其中，现有技术仅考虑频率响应-3dB带宽，从图5中可以看出，LED2的带宽高，但是输出光功率低于LED1，仅仅是根据-3dB带宽这样的判断依据显然不够全面，而LED2的OBP高于LED1的OBP，这从带宽和光功率两个角度来判断，表明LED2能牺牲更少的输出光功率获得更大带宽，为不同LED的潜在通信能力提供了判断依据。
综上，本发明上述实施例当中的LED通信能力评价方法及系统，该方法通过将一已知频率响应的标准LED接入LED通信能力测试装置中，并运行LED通信能力测试装置，得到目标频率响应；将目标频率响应与标准LED的频率响应进行计算，确定积分球的附加频率响应；根据所述附加频率响应的倒数，对基于积分球的LED通信能力测试装置进行校准与标定，并控制直流偏置器将矢量网络分析仪输出的扫频信号与直流信号耦合后发送给目标LED，目标LED发出的各个方向上的光通过积分球均匀积分到一处，由PD接收；控制PD将信号输入矢量网络分析仪，以获得目标LED的频率响应；根据目标LED的频率响应与PD的光电转换线性关系，确定PD接收到的光的光调制幅度频率响应，并根据PD接收到的光与目标LED发出的所有光构成的比例关系，将光调制幅度频率响应与对应的系数相乘，得到目标LED的目标光调制幅度频率响应；将目标光调制幅度频率响应与对应的目标频率相乘，得到目标光调制幅度频率积，其中，目标频率为-3dB带宽频率，目标光调制幅度频率积为-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积，由于-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积为常数，后将-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积定义为目标光调制幅度带宽积，以评价目标LED的通信能力，具体的，从PD角度出发将频率响应映射为光调制幅度频率响应，再通过引入积分球来完整得到LED光调制幅度频率响应，这样可客观描述LED的输出光功率与通信带宽，此外，取目标光调制幅度带宽积来表示LED的带宽与光功率的具体互换数值关系，且该数值关系唯一，这为揭示LED潜在的通信能力和为不同LED的通信能力提供了判断依据。
实施例二
请参阅图6，为本发明实施例二提供的一种LED通信能力评价系统的结构示意图，该LED通信能力评价系统通过LED通信能力测试装置实现，所述LED通信能力测试装置包括矢量网络分析仪、与所述矢量网络分析仪一端电性连接的直流偏置器、与所述直流偏置器电性连接的LED、与LED光路连接的积分球、以及与积分球光路连接的PD，其中，所述矢量网络分析仪的另一端与PD电性连接，具体的，所述LED通信能力评价系统200具体包括：
运行模块21，用于将一已知频率响应的标准LED接入LED通信能力测试装置中，并运行LED通信能力测试装置，得到目标频率响应；
计算模块22，用于将所述目标频率响应与标准LED的频率响应进行计算，确定积分球的附加频率响应，积分球的附加频率响应表达式为：
；
其中，Hsphere(f)表示为积分球的附加频率响应，Hdisplay(f)表示为所述目标频率响应，HLED0（f）表示为标准LED的频率响应；
第一控制模块23，用于根据所述附加频率响应的倒数，对基于积分球的LED通信能力测试装置进行校准与标定，并控制直流偏置器将矢量网络分析仪输出的扫频信号与直流信号耦合后发送给目标LED，目标LED发出的各个方向上的光通过积分球均匀积分到一处，由PD接收；
第二控制模块24，用于控制PD将信号输入矢量网络分析仪，以获得目标LED的频率响应；
目标光调制幅度频率响应获取模块25，用于根据所述目标LED的频率响应与PD的光电转换线性关系，确定PD接收到的光的光调制幅度频率响应，并根据PD接收到的光与目标LED发出的所有光构成的比例关系，将所述光调制幅度频率响应与对应的系数相乘，得到目标LED的目标光调制幅度频率响应，目标LED的目标光调制幅度频率响应的表达式为：
；
其中，POMA(f)表示为所述目标光调制幅度频率响应，α表示为积分球对光路的增益，VS表示为扫频信号电压，β表示为PD的光电转换效率，R表示为PD中集成的跨阻放大器增益，|HLED(f)| 表示为目标LED的频率响应幅值，HLED(f)表示为所述目标LED的频率响应，所述目标LED的频率响应的表达式为：
；
其中，Rq表示为目标LED的结电阻，Cq表示为目标LED结电容，Rc表示为目标LED芯片内部的串联电阻，Cj表示为并联键生电容，h表示为目标LED的外部量子效率，f表示为所述目标频率，k表示为虚数，i（f）表示为流经目标LED的结电阻的电流，I（f）表示为流经目标LED的总电流；
评价模块26，用于将目标光调制幅度频率响应与对应的目标频率相乘，得到目标光调制幅度频率积，其中，目标频率为-3dB带宽频率，所述目标光调制幅度频率积为-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积，由于-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积为常数，后将-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积定义为目标光调制幅度带宽积，以评价目标LED的通信能力，所述目标光调制幅度带宽积的表达式为：
；
表示为-3dB带宽频率。
实施例三
本发明另一方面还提出一种电子设备，请参阅图7，所示为本发明实施例三当中的电子设备的结构框图，包括存储器20、处理器10以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序30，所述处理器10执行所述计算机程序30时实现如上述的LED通信能力评价方法。
其中，处理器10在一些实施例中可以是中央处理器（Central Processing Unit,CPU）、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行访问限制程序等。
其中，存储器20至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如，SD或DX存储器等）、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器20在一些实施例中可以是电子设备的内部存储单元，例如该电子设备的硬盘。存储器20在另一些实施例中也可以是电子设备的外部存储装置，例如电子设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（Secure Digital，SD）卡，闪存卡（FlashCard）等。进一步地，存储器20还可以既包括电子设备的内部存储单元也包括外部存储装置。存储器20不仅可以用于存储电子设备的应用软件及各类数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
需要指出的是，图7示出的结构并不构成对电子设备的限定，在其它实施例当中，该电子设备可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述的LED通信能力评价方法。
本领域技术人员可以理解，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
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 (7)

1.一种LED通信能力评价方法，其特征在于，通过LED通信能力测试装置实现，所述LED通信能力测试装置包括矢量网络分析仪、与所述矢量网络分析仪一端电性连接的直流偏置器、与所述直流偏置器电性连接的LED、与LED光路连接的积分球、以及与积分球光路连接的PD，其中，所述矢量网络分析仪的另一端与PD电性连接，所述方法包括：
将一已知频率响应的标准LED接入LED通信能力测试装置中，并运行LED通信能力测试装置，得到目标频率响应；
将所述目标频率响应与标准LED的频率响应进行计算，确定积分球的附加频率响应；
根据所述附加频率响应的倒数，对基于积分球的LED通信能力测试装置进行校准与标定，并控制直流偏置器将矢量网络分析仪输出的扫频信号与直流信号耦合后发送给目标LED，目标LED发出的各个方向上的光通过积分球均匀积分到一处，由PD接收；
控制PD将信号输入矢量网络分析仪，以获得目标LED的频率响应；
根据所述目标LED的频率响应与PD的光电转换线性关系，确定PD接收到的光的光调制幅度频率响应，并根据PD接收到的光与目标LED发出的所有光构成的比例关系，将所述光调制幅度频率响应与对应的系数相乘，得到目标LED的目标光调制幅度频率响应；
将目标光调制幅度频率响应与对应的目标频率相乘，得到目标光调制幅度频率积，其中，目标频率为-3dB带宽频率，所述目标光调制幅度频率积为-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积，由于-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积为常数，后将-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积定义为目标光调制幅度带宽积，以评价目标LED的通信能力。
2.根据权利要求1所述的LED通信能力评价方法，其特征在于，所述将所述目标频率响应与标准LED的频率响应进行计算，确定积分球的附加频率响应的步骤中，积分球的附加频率响应表达式为：
；
其中，Hsphere(f)表示为积分球的附加频率响应，Hdisplay(f)表示为所述目标频率响应，HLED0（f）表示为标准LED的频率响应。
3.根据权利要求2所述的LED通信能力评价方法，其特征在于，所述根据所述目标LED的频率响应与PD的光电转换线性关系，确定PD接收到的光的光调制幅度频率响应，并根据PD接收到的光与目标LED发出的所有光构成的比例关系，将所述光调制幅度频率响应与对应的系数相乘，得到目标LED的目标光调制幅度频率响应的步骤中，目标LED的目标光调制幅度频率响应的表达式为：
；
其中，POMA(f)表示为所述目标光调制幅度频率响应，α表示为积分球对光路的增益，VS表示为扫频信号电压，β表示为PD的光电转换效率，R表示为PD中集成的跨阻放大器增益，|HLED(f)| 表示为目标LED的频率响应幅值，HLED(f)表示为所述目标LED的频率响应，所述目标LED的频率响应的表达式为：
；
其中，Rq表示为目标LED的结电阻，Cq表示为目标LED结电容，Rc表示为目标LED芯片内部的串联电阻，Cj表示为并联键生电容，h表示为目标LED的外部量子效率，f表示为所述目标频率，k表示为虚数，i（f）表示为流经目标LED的结电阻的电流，I（f）表示为流经目标LED的总电流。
4.根据权利要求3所述的LED通信能力评价方法，其特征在于，所述将目标光调制幅度频率响应与对应的目标频率相乘，得到目标光调制幅度频率积，其中，目标频率为-3dB带宽频率，所述目标光调制幅度频率积为-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积，由于-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积为常数，后将-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积定义为目标光调制幅度带宽积，以评价目标LED的通信能力的步骤中，所述目标光调制幅度带宽积的表达式为：
；
表示为-3dB带宽频率。
5.一种LED通信能力评价系统，其特征在于，通过LED通信能力测试装置实现，所述LED通信能力测试装置包括矢量网络分析仪、与所述矢量网络分析仪一端电性连接的直流偏置器、与所述直流偏置器电性连接的LED、与LED光路连接的积分球、以及与积分球光路连接的PD，其中，所述矢量网络分析仪的另一端与PD电性连接，所述系统包括：
运行模块，用于将一已知频率响应的标准LED接入LED通信能力测试装置中，并运行LED通信能力测试装置，得到目标频率响应；
计算模块，用于将所述目标频率响应与标准LED的频率响应进行计算，确定积分球的附加频率响应；
第一控制模块，用于根据所述附加频率响应的倒数，对基于积分球的LED通信能力测试装置进行校准与标定，并控制直流偏置器将矢量网络分析仪输出的扫频信号与直流信号耦合后发送给目标LED，目标LED发出的各个方向上的光通过积分球均匀积分到一处，由PD接收；
第二控制模块，用于控制PD将信号输入矢量网络分析仪，以获得目标LED的频率响应；
目标光调制幅度频率响应获取模块，用于根据所述目标LED的频率响应与PD的光电转换线性关系，确定PD接收到的光的光调制幅度频率响应，并根据PD接收到的光与目标LED发出的所有光构成的比例关系，将所述光调制幅度频率响应与对应的系数相乘，得到目标LED的目标光调制幅度频率响应；
评价模块，用于将目标光调制幅度频率响应与对应的目标频率相乘，得到目标光调制幅度频率积，其中，目标频率为-3dB带宽频率，所述目标光调制幅度频率积为-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积，由于-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积为常数，后将-3dB带宽频率点处的光调制幅度频率积定义为目标光调制幅度带宽积，以评价目标LED的通信能力。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1－4任一项所述的LED通信能力评价方法。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1－4任一项所述的LED通信能力评价方法。
CN202311688147.XA 2023-12-11 2023-12-11 一种led通信能力评价方法及系统 Active CN117411546B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311688147.XA CN117411546B (zh) 2023-12-11 2023-12-11 一种led通信能力评价方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311688147.XA CN117411546B (zh) 2023-12-11 2023-12-11 一种led通信能力评价方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117411546A CN117411546A (zh) 2024-01-16
CN117411546B true CN117411546B (zh) 2024-02-09

Family

ID=89494702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311688147.XA Active CN117411546B (zh) 2023-12-11 2023-12-11 一种led通信能力评价方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117411546B (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0304737A2 (de) * 1987-08-22 1989-03-01 Spectrospin AG Verfahren zum Vermindern von Störsignalen eines Mischers und Mischer zur Durchführung des Verfahrens
JP2003214945A (ja) * 2002-01-24 2003-07-30 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 発光素子の外部量子効率測定方法及び装置
US8810546B1 (en) * 2012-09-26 2014-08-19 Cypress Semiconductor Corporation Touchscreen panel frequency response determination
CN105071855A (zh) * 2015-08-04 2015-11-18 北京奥普泰克科技有限责任公司 可见光通信系统及led非线性对其性能影响分析方法
EP2955542A1 (fr) * 2014-06-13 2015-12-16 Thales Lidar doppler a mesure relative de vitesse
CN205211952U (zh) * 2015-12-17 2016-05-04 华南理工大学 一种基于可见光通信的光学天线
CN110649596A (zh) * 2019-09-05 2020-01-03 大连理工大学 一种考虑系统初始状态的频率全响应解析模型
CN111157101A (zh) * 2020-01-02 2020-05-15 武汉理工大学 一种弱光栅阵列分布式振动传感系统及方法
RU2727350C1 (ru) * 2019-12-13 2020-07-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" Способ генерации стабилизированного квазимонохроматического инфракрасного излучения высокой интенсивности
CN111917465A (zh) * 2020-06-12 2020-11-10 中山大学 一种通信照明共用led器件的筛选方法及其装置
CN115201108A (zh) * 2021-04-07 2022-10-18 旺矽科技股份有限公司 光学检测系统与光学检测方法
CN115616439A (zh) * 2022-12-19 2023-01-17 南昌大学 一种能够测量led全向频率响应的测试装置及测试方法
CN116208245A (zh) * 2023-02-21 2023-06-02 北京科技大学 一种基于evm的可见光实时通信定位方法及系统
CN116390287A (zh) * 2023-03-15 2023-07-04 南昌大学 一种led驱动信号的调制方法及系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8116638B2 (en) * 2006-05-30 2012-02-14 Harris Corporation Radio frequency (RF) signal receiver using optical processing and associated methods

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0304737A2 (de) * 1987-08-22 1989-03-01 Spectrospin AG Verfahren zum Vermindern von Störsignalen eines Mischers und Mischer zur Durchführung des Verfahrens
JP2003214945A (ja) * 2002-01-24 2003-07-30 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 発光素子の外部量子効率測定方法及び装置
US8810546B1 (en) * 2012-09-26 2014-08-19 Cypress Semiconductor Corporation Touchscreen panel frequency response determination
EP2955542A1 (fr) * 2014-06-13 2015-12-16 Thales Lidar doppler a mesure relative de vitesse
CN105071855A (zh) * 2015-08-04 2015-11-18 北京奥普泰克科技有限责任公司 可见光通信系统及led非线性对其性能影响分析方法
CN205211952U (zh) * 2015-12-17 2016-05-04 华南理工大学 一种基于可见光通信的光学天线
CN110649596A (zh) * 2019-09-05 2020-01-03 大连理工大学 一种考虑系统初始状态的频率全响应解析模型
RU2727350C1 (ru) * 2019-12-13 2020-07-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" Способ генерации стабилизированного квазимонохроматического инфракрасного излучения высокой интенсивности
CN111157101A (zh) * 2020-01-02 2020-05-15 武汉理工大学 一种弱光栅阵列分布式振动传感系统及方法
CN111917465A (zh) * 2020-06-12 2020-11-10 中山大学 一种通信照明共用led器件的筛选方法及其装置
CN115201108A (zh) * 2021-04-07 2022-10-18 旺矽科技股份有限公司 光学检测系统与光学检测方法
CN115616439A (zh) * 2022-12-19 2023-01-17 南昌大学 一种能够测量led全向频率响应的测试装置及测试方法
CN116208245A (zh) * 2023-02-21 2023-06-02 北京科技大学 一种基于evm的可见光实时通信定位方法及系统
CN116390287A (zh) * 2023-03-15 2023-07-04 南昌大学 一种led驱动信号的调制方法及系统

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Huaqing Chai , Shunan Yao, Lei Lei, Zihe Zhu, Guoqiang Li.High-Speed Parallel Micro-LED Arrays on Si Substrates Based on Via-Holes Structure for Visible Light Communication Huaqing.IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS.2022,第43卷(第8期),全文. *
Xuanbang Chen , Student Member, IEEE, Yuhao Wang , Senior Member, IEEE, Xiaodong Liu.A Hybrid Active-Passive Single-Order Equalizer for Visible Light Communication Systems.IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS.2023,第35卷(第24期),全文. *
Yuhao Wang, Xuanbang Chen, Xiaodong Liu, Zhenghai Wang, Lisu Yu, Xun Zhang.Experimental Testing of High-Capacity Bandwidth Efficient Visible Light Communication with Silicon-based RGBY-LED.IEEE International Symposium on Broadband Multimedia Systems and Broadcasting.2021,全文. *
刘戬 ; 胡永红 ; 张尚剑 ; 谢亮 ; 黄永箴 ; 祝宁华 ; .直接扣除法测量半导体光放大器频率响应.光学学报.2007,(05),全文. *
徐伟 ; 韩笑 ; 施元 ; 钱佳怡 ; .远程幅频特性测试仪的设计.仪表技术与传感器.2018,(06),全文. *
王玉皞，曹 凡，邓震宇，刘晓东，罗雨桑，马 帅，鄢秋荣.可见光通信中LED 非线性补偿和带宽拓展技术.光 电 工 程.2020,第47卷(第3期),全文. *
罗雨桑.基于硅衬底RGBY LED的可见光通信系统研发及器件特性适配技术研究.硕士电子期刊.2022,(第03期),全文. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117411546A (zh) 2024-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6446867B1 (en) Electro-optic interface system and method of operation
JP5816084B2 (ja) Ｒｆ校正装置および方法
US9628191B2 (en) Methods, optical transmitter, optical module, and optical communication system for improving the monitoring and/or reporting accuracy of a laser transmitting power
CN104680962A (zh) 一种测试显示模组的光学特性的方法、装置及系统
CN103067090A (zh) 用于光器件的加强接收信号功率指示器及使用方法
CN109462448A (zh) 一种射频测试方法、移动终端及存储介质
CN105227845A (zh) 移动终端的激光对焦器件的校准方法和系统
CN117411546B (zh) 一种led通信能力评价方法及系统
US11226371B2 (en) System and method of production testing of impedance of radio frequency circuit incorporated on printed circuit board
CN104682192B (zh) 生成光模块温度查找表的方法及装置
US20090280753A1 (en) Method of Checking the Integrity of an Antenna Arrangement, Transmitter, Receiver and Transceiver
CN104682193B (zh) 生成光模块温度查找表的方法
US20040144913A1 (en) Apparatus and method for setting AC bias point of an optical transmitter module in an optoelectronic transceiver
US20150349884A1 (en) Optimizing the rate in a Li-Fi system
CN116992812A (zh) 一种led的电流动态模型建立方法和系统
CN105656574B (zh) Nfc读卡器灵敏度的检测装置
CN204989336U (zh) 基于远程桌面的微波组件远程测控系统
CN110889242A (zh) Apd电压的调整方法、装置、存储介质及onu设备
CN1532552A (zh) 功率测量装置及其方法
CN209148781U (zh) 激光泵浦源测量治具及系统
CN109639346B (zh) Bosa校准方法、测试终端及可读存储介质
CN108700648A (zh) 一种放大电路及激光测量装置、移动平台
CN114441916A (zh) 一种发光器件的寿命测试方法、寿命测试装置及终端设备
CN112887019B (zh) 一种光接收机的测试方法、装置及计算机存储介质
CN101556296B (zh) 超低噪声超高精度二级联配去偏压互阻放大器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant