基于LED通信的定位技术

报告厅、展厅、超市等大型室内场景下。还有保密通信场景，传统无线信号波长较长，遇到宏观物体发生衍射，因而可能出现电磁泄露、信息被窃听。而利用可见光进行通信，只要遇到墙壁、窗帘等障碍物，光波将被反射回来，因此可以实现保密通信。

室内定位有着广泛的应用前景，首先，公共安全和应急响应。在紧急情况下每一个人都想被救援人员精确定位到，大到建筑物的位置，甚至是楼层或者房间号。其次，可以应用于手机购物、移动电子商务、个性化广告、优惠信总等。面向大型建筑物应急疏散，公共安全及灾后救援重大应用需求，需要突破在大型复杂建筑物内精确定位和位置服务等关键技术，而研制出大型建筑复杂环境室内定位系统，实现高精度宽内外无缝定位将为大型建筑物定位导航监控与应急服务管理提供技术支持。

2 室内可见光通信网络

可见光通讯个人区域网络（VPAN）分为三类拓扑结构：点对点、星型和广播结构，如图1所示。在星型拓扑结构中，通信设备之间建立一个单一的中央控制器又称协调器。所有网络独立运作，与其他网络之间相互独立，这是通过选择一个VPAN标示符来实现的。该标示符可以在目前没有被覆盖区域内的任何其它网络使用，一旦选择VPAN标识符，其他设备就可以连接到该网络中。在点对点拓朴结构屮，关联的两个设备之一起到协调器的作用，每个设备在其覆盖范围内可以和其他任何设进行通信，其屮一点作为一个协调器，过第一个装置在信道上进行通信。广播模式下的设备可以将发出的信号传输到其他设备，而不形成一个网络，通讯是单向的不需要目的地址。

图2描述的是位置搜索程序的流程图。位置搜索指令可以由用户或协调器启动，协调器向设备发送下行指令，该指令包含服务的类型，协调器的容量，协调器的地址等信息。所有在覆盖范围内的设备在接收到协调器的位置搜索请求后均回复一个上行应答信号。如下行的搜索信号和上行的响应信号均能被正确接收，设备即定位成功，否则，协调器将会向相邻单元发送搜索请求。

3 可见光通信的室内信道特性

在室内环境中，接收端接收到的光信号的色散时延取决于墙面等物体的反射。由于白光LED的福射半角较激光二极管要宽很多，在分析VLC系统的时候就要兼顾直射（LOS）和漫反射两种情况。此外，接收端的离散多径效应很大程度上取决于反射链路。LED灯有两个基本特性，发光强度和光照强度。发光强度代表了每一个固定角度上的能量流，并且与一个被照平面上的照明度有关。同时，能量通量用能见度来表示，发光强度用来表示LED灯的亮度。另一方面，向外传播的可见光的能量表明了 LED向外辖射的所有能量，并且被作为可见光通信的一个参数发光强度的计算公式：，其中为空间角度，为发光的光流。，V是标准发光度曲线，是最大能见度。

讨论可见光通信系统的一些可能的应用，假定分析的对象是间房间，房间大小为5m-5m-3m，房间内灯的固定方式如图3所示，桌子距地面高度为0.85m，LED灯距地面高度为2.5m，具有光传输能力的LED灯安装在离地面2.5m的高度上，桌子离地度为0.85m，一个用户终端放在桌子上。

4 可见光通信硬件通信平台

VLC物理层主要包括数字和模拟的发射机，以及模拟和数字接收器。数字发射机包括数据源、基带调制器和数-模拟转换器。同样，数字接收器包含一个模拟-数转换器（ADC）、基带解调器和数据接收器。模拟发射机包括驱动电路和可见光源LED灯，该接收机包括光学成像器件、光电二极管、跨阻抗放大器以及一个带通滤波器。物理层的数字部分将数字信号转换成模拟的电压信号，并经过驱动电路线性放大并转换成交流信号作为LED的信号源，LED外加一直流偏置使其工作在具有单极驱动电流的线性区域，驱动电流的绝对值必须大于0。直流、交流电流输入给LED并驱动K发光。接收端通过光电二极管接收光功率信号并将其转换成电流信号，电流信号经过跨阻放大器放大后经过带通滤波器，然后通过模数转换将接收的模拟信号转换回数字信号从而完成数字信号的传输。

5 结语

该文介绍了可见光室内定位系统的设计、实施，以及能支持移动和基于地理位置的应用。该系统通过监听器接收弥漫在整个室内空间的信标帧信息来对设备的物理地址进行定位。协调器通过可见光发送带有网络拓扑结构，IP地址以及所属单元的信标帧信号，接收端接收到信标信号后回复一个确认信号，协调器在收到接收端发送的确认信号后便开始查找设备所在的单元，从而可以粗略的估算出设备所在的区间，下一步是结合接收端接收到的各个协调器的光照强度RSSI值来精确计算终端和协调器的距离，并且通过查找位置指纹库来确定该强度值对应的物理地址。可见光通信用于室内定位有诸多优点，保密性好不会有电磁干扰，能用于许多电磁波被禁止的场合，且成本低。

可见光通信应用与定位的技术受现实诸多因素的影响，并且由于该技术的研发在世界范围内也是初级阶段，许多基础理论的研究还不是很充分，因此该技术得到全面的普及可能还需要一段时间。

参考文献

[1]刘宏展.白光LED照明的可见光通信的现状和发展[J].光通信技术，2009，33（7）：53-56.

[2]丁德强.可见光通信及其关键技术研究[J].半导体光电，2006（2）：2.

[3]顾玉娟.无线光通信技术研究[J].山东通信技术，2006（4）：35-38.

推荐访问： 定位 通信 技术 LED

---