基于VLC可見光通信的新型導(dǎo)購(gòu)系統(tǒng)的研究

摘要：提出一種基于可見光通信的新型導(dǎo)購(gòu)系統(tǒng)。通過建立LED系統(tǒng)模型，研究可見光通信系統(tǒng)中的鏈路切換技術(shù)研究，以及解決相鄰的LED發(fā)出的可見光信號(hào)區(qū)域重疊問題。

關(guān)鍵詞：可見光通信;亮度調(diào)節(jié);鏈路切換

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）31-0239-02

Research on a New Shopping Guide System Based on VLC Visible Light Communication

QIAO Qi

（Huaian College of Information Technology， Huaian 223003， China）

Abstract：This paper presents A new shopping guide system base on the visible light communication technology. By establishing LED system model， Research on link handover technology in visible light communication system， solve the overlap problem of visible light signal emitted by adjacent LED.

Key words： Visible light communication; Brightness adjustment of LED; Link switch

可見光通信（VLC）是近年來飛速發(fā)展的一種新型的無線通信方式，利用可見光波段的光作為信息的傳播載體，在空氣中直接傳輸光信號(hào)?，F(xiàn)有的無線傳輸系統(tǒng)多數(shù)采用GPS、藍(lán)牙以及紅外線等方式傳輸信號(hào)，與現(xiàn)有的這些系統(tǒng)相比，可見光通信系統(tǒng)是安全環(huán)保的，在可見光通信系統(tǒng)中多采用白光LED，白光LED發(fā)出的光源是對(duì)人體無害，而且在可見光信號(hào)傳輸過程也不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。其次可見光通信系統(tǒng)相對(duì)來說比較節(jié)約資源，可見光通信系統(tǒng)可以同時(shí)完成照明和通信兩大功能，無須另外鋪設(shè)線路，只需對(duì)原有的LED進(jìn)行改造，而且利用原有照明線路給系統(tǒng)進(jìn)行供電，就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)照明和通信兩個(gè)功能。本文研究可見光通信中的自適應(yīng)鏈路切換技術(shù)以及信號(hào)重合干擾等。

1 建立LED系統(tǒng)模型

可見光通信系統(tǒng)通常使用白光LED燈作為信號(hào)的發(fā)送器件，給白光LED燈裝上微芯片，可以控制它每秒數(shù)百萬次閃爍，LED亮就表示1，燈滅表示0。由于閃爍頻率很快，人眼根本不會(huì)覺察到，但是光敏傳感器卻可以接收到這樣的變化，這樣二進(jìn)數(shù)的數(shù)據(jù)就這樣被快速的編碼成為通信信號(hào)，并可以進(jìn)行有效的傳輸。本文基于VLC可見光通信的新型導(dǎo)購(gòu)系統(tǒng)采用大功率白光LED作為照明通信電源，利用LED易于調(diào)制的特點(diǎn)，將信號(hào)調(diào)制成光載波信號(hào)在空間中傳輸，最后在終端實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收和識(shí)別。

首先建立LED系統(tǒng)模型，本文采用兩個(gè)LED，可見光通信系統(tǒng)模型如圖1所示，兩個(gè)LED安裝在房屋天花板上，信號(hào)接收終端位于高于地面0.8m的接收平面上。研究LED布局、LED的半功率角、接收終端的視場(chǎng)角對(duì)系統(tǒng)連通性、鏈路切換性能的影響。

進(jìn)一步提出三個(gè)及以上LED系統(tǒng)模型，研究自適應(yīng)鏈路切換，便于應(yīng)用到真實(shí)場(chǎng)景中。

2 自適應(yīng)鏈路切換技術(shù)

LED燈光是有發(fā)射角度的，該角度稱之為L(zhǎng)ED的半功率角，其半功率角越大，則照明范圍越大，以滿足照明需求，并支持移動(dòng)中的數(shù)據(jù)傳輸。LED的光照示意圖如圖2所示。其中[Φ12]為L(zhǎng)ED的半功率角，[α]為L(zhǎng)ED光線到某一反射點(diǎn)的光照角，[β]為反射光線到接收終端的光照角，Ψc為光線的入射角，[D1]為L(zhǎng)ED到反射點(diǎn)之間的距離，[D2]為反射點(diǎn)到接收終端的距離。

存在兩種情況：LED的視場(chǎng)角大于等于半功率角和視場(chǎng)角小于半功率角。本文僅研究[Ψc≤Φ12]的情況，此時(shí)接收器能夠接收到信號(hào)的區(qū)域要小于LED光照覆蓋區(qū)域范圍。

可見光通信中的鏈路切換。對(duì)于導(dǎo)購(gòu)系統(tǒng)來說，連通性是急需解決的一個(gè)問題。本系統(tǒng)的光照均勻度對(duì)移動(dòng)性有一定的影響。連接性會(huì)隨著接收終端所在平面的改變而變化，后者的變動(dòng)會(huì)造成LED照明區(qū)域和接收終端可視區(qū)域的變化。

3 LED亮度調(diào)節(jié)技術(shù)

可見光通信系統(tǒng)中一般需要多個(gè)LED，用來滿足照明需求，每一個(gè)LED發(fā)出的可見光識(shí)別信號(hào)各不相同，那么相鄰LED發(fā)出的信號(hào)會(huì)發(fā)生傳輸范圍重疊的問題，重疊區(qū)域里的終端設(shè)備就會(huì)收到兩個(gè)可見光信號(hào)，此時(shí)進(jìn)行識(shí)別就比較困難。通過LED亮度調(diào)節(jié)的方式，合理設(shè)置系統(tǒng)中設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度，可以靈活的改變可見光信號(hào)傳輸?shù)挠行Х秶M量減少相鄰的LED發(fā)出的信號(hào)交疊的問題。

在可見光通信系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)LED亮度的方法通常有兩種：脈沖寬度調(diào)制和提高LED調(diào)制深度。其中LED調(diào)制深度與LED光譜偏移特性有關(guān)，提高調(diào)制深度會(huì)影響信號(hào)的信噪比，而脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM）則不會(huì)有這樣的影響。本文系統(tǒng)中的LED驅(qū)動(dòng)芯片采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)，利用PWM方波來控制和調(diào)節(jié)LED電流大小，其原理是控制調(diào)節(jié)功率管的占空比調(diào)節(jié)輸出電流以達(dá)到亮度調(diào)節(jié)的目的，其頻率快到可以掩蓋人眼視覺閃爍的速度，PWM信號(hào)控制功率三極管的導(dǎo)通時(shí)間。

4 結(jié)束語

本文主要研究可見光通信系統(tǒng)中的鏈路切換技術(shù)和亮度調(diào)節(jié)技術(shù)，基于照明和通信兩個(gè)方面，將可見光通信系統(tǒng)應(yīng)用到室內(nèi)移動(dòng)場(chǎng)景中，提出一種基于可見光通信的導(dǎo)購(gòu)系統(tǒng)，可應(yīng)用于超市、大型購(gòu)物中心，在購(gòu)物推車上安裝移動(dòng)終端，如圖3所示，在購(gòu)物車進(jìn)入某一購(gòu)物區(qū)域時(shí)將自動(dòng)解析該區(qū)域照明設(shè)備發(fā)出的可見光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)位置定位功能，并為顧客播放相關(guān)的多媒體資料，同時(shí)提供商品推廣、購(gòu)物引導(dǎo)等商業(yè)信息，是一種新型的商業(yè)推廣交互方式，具有很高的市場(chǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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