LED可見光通信定位及若干定位方式的簡介與比較

徐勝朋 徐盛濤

摘要：隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，通信技術(shù)的發(fā)展越來越好。在現(xiàn)代，無線定位技術(shù)已經(jīng)逐漸為人民提供服務(wù)，并且越來越受到人民的關(guān)注。在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)、軍事以及人民的生活中都存在無線定位技術(shù)的應(yīng)用。常見的LED可見光通信定位系統(tǒng)有很多種，本文只介紹四種，這些技術(shù)分別利用紅外線、超聲波、藍(lán)牙以及無線網(wǎng)絡(luò)等特點實現(xiàn)定位功能。本文研究可見光通信技術(shù)的概念及其重要性，然后介紹幾種常見的可見光通信技術(shù)。

關(guān)鍵詞：可見光;通信技術(shù);定位方式;簡介;比較

隨著現(xiàn)代社會發(fā)展，定位技術(shù)的研發(fā)越來越重要。可見光通信技術(shù)是建立在有LED光之下的，因為LED燈光有別于傳統(tǒng)的白熾燈，可以通過發(fā)出閃爍的光傳遞信息，實現(xiàn)定位功能。并且利用LED等光傳遞信號穩(wěn)定、高效，可以在室內(nèi)實現(xiàn)定位功能，便于研究人員研究室內(nèi)定位技術(shù)。傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)只能定位室外的物體，不能穿透建筑物，研究室內(nèi)定位技術(shù)正好填補(bǔ)這一部分的技術(shù)空白。

一、可見光通信技術(shù)概述

（一）技術(shù)理念

可見光通信技術(shù)是以擁有LED燈光為前提實現(xiàn)定位功能的。在室內(nèi)環(huán)境中，LED燈發(fā)散出忽明忽暗的燈光對傳輸信息進(jìn)行編碼，將其處理為特殊信號，并且將這些信號分別采用對應(yīng)的調(diào)制方式將其加載到LED燈的驅(qū)動電流上，通過電流的傳輸將其帶到下一個接受端中，完成傳遞信息的功能。LED燈光比傳統(tǒng)的燈光更加穩(wěn)定，并且傳遞信號的速度快，保密性能更高且具有很好的抗干擾功能，所以LED燈光更適合作為傳輸信號的媒介，實現(xiàn)傳遞信息的功能，為人民提供定位服務(wù)。在利用該技術(shù)時，只需要將網(wǎng)絡(luò)的電線裝置安裝在LED燈光電路之中，無需開啟電腦，只要開啟電源就可以使用，為人民提供便利。只要是被LED燈光照射的位置都可以實現(xiàn)定位功能，所以采用該技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)定位系統(tǒng)可以滿足人民的定位需求。

（二）技術(shù)重要性

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人民不僅僅需要室外定位技術(shù)，也需要室內(nèi)定位技術(shù)。傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)，例如GPS定位系統(tǒng)、北斗定位系統(tǒng)等大型定位系統(tǒng)只可以在室外完成定位功能，不能夠定位室內(nèi)的物體?，F(xiàn)代人們工作、生活的環(huán)境大部分都是在室內(nèi)，所以需要在室內(nèi)擁有定位的功能。GPS定位系統(tǒng)在大型商場或者地下停車場內(nèi)信號較弱的地方很有可能出現(xiàn)失靈的狀況，無法對物體進(jìn)行精準(zhǔn)定位。所以為滿足人民生活、工作的需求，研發(fā)室內(nèi)定位系統(tǒng)，為人民提供便利。研發(fā)室內(nèi)定位系統(tǒng)可以縮小定位系統(tǒng)的盲區(qū)，填補(bǔ)定位系統(tǒng)的技術(shù)空白。

二、常見的可見光通信技術(shù)

（一）紅外線定位技術(shù)

顧名思義，紅外線定位技術(shù)就是利用紅外線傳輸信號實現(xiàn)定位功能的技術(shù)。紅外線其實就是太陽光中不可見光的一種，其波長位于微波與可見光之中，是一種波長介于760nm～1mm之間的電磁波?，F(xiàn)代關(guān)于紅外線的應(yīng)用有很多，普遍應(yīng)用于測量領(lǐng)域之中，在醫(yī)學(xué)之中有較大的發(fā)揮潛力。將紅外線應(yīng)用于定位系統(tǒng)，讓紅外線發(fā)射器發(fā)射紅外信號，并用室內(nèi)的光學(xué)感應(yīng)器接受，之后再通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給控制中心，控制端可以采用對應(yīng)的算法對其進(jìn)行解析計算，判斷物體位置，實現(xiàn)定位的功能。在室內(nèi)對某個物體實現(xiàn)精準(zhǔn)定位有兩種方式，一種是將被測物體重點處理，將可以發(fā)射紅外線標(biāo)簽黏貼在被測物體上，讓其發(fā)射紅外線。室內(nèi)的傳感器就可以接受紅外信號完成信息傳輸，判斷物體位置。另一種是準(zhǔn)備很多發(fā)射器和感應(yīng)器組成紅外線覆蓋網(wǎng)，自動對物體進(jìn)行定位。

（二）超聲波定位技術(shù)

所謂超聲波定位技術(shù)就是在被測物體上加裝超聲波發(fā)射器，然后將被測物體放置在安裝很多超聲波感應(yīng)器的環(huán)境之中對其測量?；蛘邔⒊暡ǜ袘?yīng)器安裝在被測物體之中，再將被測物體放置在擁有很多超聲波接收器當(dāng)中對其測量計算。這種技術(shù)是通過測量超聲波接收器到發(fā)射器的時間計算距離，判斷被測物體方位的。在該技術(shù)實踐應(yīng)用時，為防止出現(xiàn)誤差，減少信號同步的可能性，通常在被測物體上安裝超聲波發(fā)射端，在被測物體所處的室內(nèi)環(huán)境之中安裝超聲波接收端，測量數(shù)據(jù)，并且通過三邊定位法判斷被側(cè)物體位置。三邊定位算法是利用三個已知接收端位置到發(fā)射端位置的距離，分別以接收端位置為圓心，以兩端的距離為半徑畫圓，判斷被測物體位置。但是在實際測量中，這種算法只能縮小位置，無法計算具體位置。所以應(yīng)該再利用估算法、最小二乘法或三角形質(zhì)心算法對其具體位置進(jìn)行再判斷。

（三）藍(lán)牙定位技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)是人民在日常生活中經(jīng)常使用的功能，人民可以利用藍(lán)牙技術(shù)傳送數(shù)據(jù)，藍(lán)牙技術(shù)可以實現(xiàn)短距離信息傳輸?shù)募夹g(shù)，該技術(shù)耗能低，深受人民喜歡。將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用在室內(nèi)定位系統(tǒng)中是非常方便的，只要在人們的移動設(shè)備中安裝藍(lán)牙智能模塊就可以利用藍(lán)牙技術(shù)實現(xiàn)定位功能。藍(lán)牙定位技術(shù)的主要傳輸途徑與上述技術(shù)相差不大，但是其算法有所不同?？梢岳脙煞N算法對其進(jìn)行計算，分別是利用傳輸時間計算和利用信號衰減這一特性計算。前一種方法有較大誤差，容易出現(xiàn)信號同步的現(xiàn)象，且時間的計量單位過小，無線電波的傳播速度過快，需要納米級的時鐘對其測量，難度較大。后一種方法主要有兩種實現(xiàn)方式，一種為利用理想模型公式對其計算，但是實際生活中容易出現(xiàn)意外和誤差。利用純理論計算會出現(xiàn)很大誤差，第二種是先預(yù)測被測物體所處環(huán)境的參考點信號強(qiáng)度，建立信息數(shù)據(jù)庫，通過經(jīng)驗分析法對其進(jìn)行定位。藍(lán)牙定位技術(shù)在應(yīng)用過程中受到環(huán)境影響較大，并不穩(wěn)定，所以并不建議大規(guī)模使用。

（四）無線網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

無線網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)主要分為兩種定位方式。一種為Wifi定位技術(shù)，另一種為ZigBee定位技術(shù)。①Wifi定位技術(shù)是利用Wifi網(wǎng)絡(luò)的特性對其進(jìn)行定位的。每一個網(wǎng)絡(luò)的都有唯一的一個IP地址。其計算方式主要分為兩種，利用經(jīng)驗分析法或者三角定位法對其進(jìn)行計算。其經(jīng)驗分析法的計算方式大致與藍(lán)牙定位系統(tǒng)的計算方式相同，但是其信號的傳輸功能比藍(lán)牙定位技術(shù)要好，可以實現(xiàn)大范圍的定位和追蹤?，F(xiàn)在大多數(shù)的公共場所或者居民住所都有Wifi，所以當(dāng)移動設(shè)備的信號不可用時，可以使用Wifi的信號進(jìn)行通信傳輸和定位。②ZigBee也是一種無線網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)短距離的信息傳輸，并且其功耗很低。ZigBee定位技術(shù)是在室內(nèi)布置很多盲節(jié)點，并且在已知部位布置一個特殊節(jié)點，將節(jié)點與網(wǎng)間連接器進(jìn)行組網(wǎng)，節(jié)點之間相互傳輸信息鎖定被測物體位置。該技術(shù)低能耗，并且工作效率高，但是容易受到多徑效應(yīng)的影響，其測量精準(zhǔn)度不高。

結(jié)束語：隨著社會的發(fā)展，定位系統(tǒng)越來越重要，已經(jīng)逐漸引起人民的關(guān)注。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用的GPS等定位系統(tǒng)只能對室外的物體定位，由于室內(nèi)信號弱，無法對室內(nèi)物體實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，所以應(yīng)該大力開發(fā)室內(nèi)定位系統(tǒng)?，F(xiàn)代室內(nèi)定位系統(tǒng)有很多種，本文介紹常見的四種，主要有紅外線定位系統(tǒng)、超聲波定位系統(tǒng)、藍(lán)牙定位系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，并且已經(jīng)對其特點、原理等進(jìn)行詳細(xì)分析，每種定位系統(tǒng)都有其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢。現(xiàn)代室內(nèi)定位系統(tǒng)的研發(fā)彌補(bǔ)原有定位系統(tǒng)的性能缺陷。

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作者簡介：

徐勝朋（1976.06），女，山東淄博人，本科，從事電力信息通信技術(shù)研究和管理。畢業(yè)學(xué)院：山東大學(xué)

徐盛濤（1972.4），男 漢族 山東蓬萊人，本科，高級工程師，從事信息、通信、自動化等專業(yè)研究，畢業(yè)學(xué)校：華北電力學(xué)院

（作者單位：1國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司;2國網(wǎng)煙臺供電公司）