基于可見光通信的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研究進(jìn)展

莫秋燕 吳家隱 歐滿琳 楊永亮

【摘 要】可見光通信是基于無線通信技術(shù)，既能通信又能照明的一種通信方式。由于可見光無電磁輻射，不傷害人體，發(fā)射功率高等優(yōu)點(diǎn)，可見光通信成了近年來研究的熱點(diǎn)。可見光通信的應(yīng)用場景很多，其中包括智能交通系統(tǒng)，車聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分。本論文綜述了可見光通信技術(shù)概述，可見光通信車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原理分析，以及可見光通信車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】可見光通信；車聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)

一、可見光通信技術(shù)概述

可見光通信（Visual Light Communication，VLC）是基于白色發(fā)光二極管LED環(huán)保照明光源的一種新興的無線通信技術(shù)，照明和通信二者兼顧，除此之外，還具有對人體無害、發(fā)射功率無限制等優(yōu)勢，可見光通信具有廣闊的應(yīng)用場景，是近年來研究的熱點(diǎn)。

（一）可見光通信原理

由于LED器件具有易調(diào)制、切換速度快等特點(diǎn)，可見光通信技術(shù)是在發(fā)送端利用LED器件調(diào)制，利用改變LED發(fā)光光源的發(fā)光強(qiáng)度，將要傳輸?shù)碾娦盘柤虞d到光載波上，發(fā)射到空氣中繼續(xù)傳輸，接收端利用光電檢測器件將光載波信號轉(zhuǎn)換為電信號，最后經(jīng)過解調(diào)器將電信號恢復(fù)出最原始的數(shù)據(jù)。

（二）可見光通信技術(shù)的特點(diǎn)

與射頻無線通信相比，因?yàn)樯漕l發(fā)射出的頻率很高，有輻射，對人體有害，且在一些特定醫(yī)院、飛機(jī)等應(yīng)用場景是無法使用射頻通信的?？梢姽馔ㄐ艣]有射頻無線通信的高頻輻射，不會(huì)傷害人體，且只要有光就能通信，應(yīng)用場景不受限制。與紅外無線通信相比，紅外線發(fā)射對人眼有害，紅外線發(fā)射功率有限，發(fā)射距離短，傳輸速率低。所以與其他無線通信相比，可見光通信具有以下特點(diǎn)：（1）可見光通信無電磁輻射；（2）可見光通信經(jīng)調(diào)制后發(fā)射功率高；（3）只要有光就可以進(jìn)行通信，不存在通信盲區(qū)，應(yīng)用場景廣泛；（4）不需要無線電頻譜認(rèn)證。故可見光通信技術(shù)具有很大的發(fā)展前景，受到了廣泛的關(guān)注和大量的研究[1-4]。

二、可見光通信車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原理分析

可見光通信具有廣泛的應(yīng)用場景，其中應(yīng)用在智能交通系統(tǒng)是研究的熱點(diǎn)之一，車聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，下面分析可見光通信車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的原理。

（一）基于可見光通信的貨車系統(tǒng)

設(shè)置單片機(jī)作為控制器，與車燈相連接，設(shè)計(jì)可見光通信電路模塊，使單片機(jī)能夠?qū)鞲衅魉杉降臄?shù)據(jù)調(diào)制成可見光驅(qū)動(dòng)電路信號，再通過可見光驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)車燈，發(fā)出攜帶有傳感器數(shù)據(jù)、車牌號的可見光信號。在傳感器組中設(shè)計(jì)有可以獲得車輛數(shù)據(jù)的傳感器，傳感器與單片機(jī)相連接，傳感器所采集的數(shù)據(jù)被單片機(jī)所采集。

（二）基于可見光通信的檢測系統(tǒng)

設(shè)置有可見光通信接收天線，可以接收來自于車輛的可見光信號，并將該可見光信號轉(zhuǎn)化成電信號并解調(diào)制，從而得到該車輛的數(shù)據(jù)及車牌號。查詢該車牌號對應(yīng)車輛的信息，將該信息與車輛的信息相對比，如果車輛的信息與該信息不符，則發(fā)出告警信息。例如可用重量傳感器采集貨車的重量，如果貨車的重量大于荷載，則發(fā)出告警信息。此外，將貨車的重量與下一路段的路面承載重量對比，如果貨車的重量大于路面承載重量，也發(fā)出告警信息。通過可見光通信信號傳輸貨車重量信息，檢測成本低，可以在多個(gè)路口、橋梁使用，甚至不需要執(zhí)法人員在現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)全天候的檢測。貨車也不需要停下，不影響道路交通。

三、可見光通信車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（一）信號源定位及追蹤

為了獲得經(jīng)LED燈調(diào)制后信號，接收端采用高速攝像機(jī)拍攝圖像，以圖像的形式接收。在不影響道路交通的前提下，車輛在移動(dòng)，若需要拍攝連續(xù)圖像，信號源的定位于追蹤方法是關(guān)鍵。

（二）長距離傳輸

為了保證交通道路的順暢，車輛一直在移動(dòng)，故信號源和接收端都在不斷地相對運(yùn)動(dòng)，使接收端對信號源的跟蹤和定位較困難，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包、無線信道變化等問題，使系統(tǒng)欲實(shí)現(xiàn)長距離傳輸存在一定的問題。

四、小結(jié)

由于可見光通信是無線通信，容易受到干擾，再有車輛信息安全，信號源的定位和跟蹤技術(shù)，長距離傳輸?shù)仁强梢姽馔ㄐ跑嚶?lián)網(wǎng)系統(tǒng)需解決的關(guān)鍵問題。隨著智能設(shè)備，傳感技術(shù)、可見光通信技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互配合，組成智能的交通體系，給人類的生活帶來更多便利，相信可見光通信車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將逐步得到廣泛的應(yīng)用。

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