關于基于Vbl2技術的位置感應系統(tǒng)的研究

王俊瑋 于坐超 黃斌妮 姜揚 韓元真

摘要：隨著更多新型移動設備，比如手機、平板電腦、可穿戴設備等，物聯網設備的性能飛速增長和基于位置感應的應用的激增，位置感應發(fā)揮了越來越重要的作用。當前互聯網+位置服務的社會需求日益廣泛，以我國北斗、美國GPS、俄羅斯GLONASS和歐洲Galileo為代表的四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)已普遍應用于室外導航定位。為滿足智慧城市建設、公共安全和移動服務，以位置感應為目標的室內定位技術研究成為泛在測繪、導航與位置服務領域的研究熱點，將逐步發(fā)展成為大數據時代重要的智能服務。

關鍵詞：可見光通信;電力線通信;LED定位

中圖分類號：TN929?文獻標識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）08-0040-01

現如今大型商場數量急劇增加，無疑是給人們帶來了的極大的方便，可供人們購買的商品越來越多，但新的問題也隨之而來，商場空間越來越龐大復雜，停車場反向尋車、查找某件特定商品、定位走散的家人等變得越來越困難。室內定位的需求前所未有的高漲。針對目前人們在大型商場難以尋找某件特定商品，定位失散的家人，在停車場難以找到空余停車位且反向尋車，在領取快遞時難以對快遞精確定位等問題，本項目研發(fā)出一種智能位置感應系統(tǒng)，借助可見光通信技術，應用各大場館內的LED照明設備對用戶進行定位，通過手機APP實現室內的精確定位、導航服務。既為消費者提供智慧便利生活，促進企業(yè)營銷和運營效率升級，又能實現移動用戶的精準定位，真正實現社會智能化。目前已經進行了可將光通信的相關研究，構建了一套軟件系統(tǒng)，并搭建了一套完備的可見光通信硬件實現系統(tǒng)。同時，團隊背靠桂林電子科技大學信息與通信工程學院，具有設計和完成產品設計和優(yōu)化的豐富經驗。團隊成員為具有一定項目推廣經驗及產品軟硬件設計經驗，能夠掌控項目從設計到推廣的完整鏈條。

1?核心技術

該項目由PLC-VLC室內硬件定位系統(tǒng)和手機綜合服務APP軟件組成，是一套完整的PLC-VLC室內綜合服務系統(tǒng)。PLC-VLC室內硬件定位系統(tǒng)將基于LED的新興可見光室內定位技術（VLC）與電力線通信技術（PLC）結合在了一起，硬件系統(tǒng)由信標總服務器、信標處理單元、電力線載波模塊、VLC信標發(fā)射終端端和VLC信標接收終端組成。通過電力線載波模塊在電力線上把各可見光發(fā)射終端組成通信網絡，各可見光發(fā)射終端把電力線上的有用信息解調解碼轉換為可將光通信所需信息，通過可將光調制器轉換為可將光傳遞的信息，而在可見光接收端對接收的可見光信息進行解調解碼加定位算法最終實現定位，從而大大減少了PLC-VLC室內硬件定位系統(tǒng)在大型商場等場所使用時，重新布置LED線路的麻煩。將兩種通信技術結合在一起使得室內定位系統(tǒng)具備了無電磁輻射、不受應用環(huán)境限制、硬件成本低、不需要重新布線、分布范圍廣、使用用戶方便接入等其它室內定位系統(tǒng)沒有的優(yōu)點。

2?可見光及電力線通信技術

可見光通信（Visible Lighting Communication，VLC）是基于LED而新興的一種通信方式，它以發(fā)光二極管LED發(fā)射的白光作為定位信號的載體，利用人眼視覺暫留效應，從而發(fā)出高速閃爍的定位信號。該技術具有無電磁輻射、不受應用環(huán)境限制、硬件成本低等優(yōu)點，是理想的室內無線接入方案之一。

電力線通信（Power Line Communication，PLC）是一種利用電力傳輸線作為傳輸媒介，進行信息通信的一種通信技術，電力線載波通信利用現有的電力線設施具有不需要重新布線、分布范圍廣、使用用戶方便接入等諸多優(yōu)點。

3?特色和創(chuàng)新點

3.1在定位精度上比國內外技術上的優(yōu)勢?，F階段LED室內定位技術還處于起步階段，但隨著可將光室內定位行業(yè)近幾年也發(fā)展迅速，許多國外高校和研究機構提出了自己的技術方案，國外的主要的研究機構有：荷蘭飛利浦公司、美國馬里蘭大學、德國海英里希赫茲等，國內的研究機構有清華大學、華策光通信科技有限公司等。同時這些可見光定位系統(tǒng)存在的問題就是精度不高，造成精度不高的原因主要是碼間干擾，而我們團隊經過艱苦的研究，解決了這一技術難題，現已在定位精度上取得了巨大突破，我們提出的一種電力線載波通信協調下的可見光信標系統(tǒng)和一種受沖擊噪聲干擾的電力線通信信道評估方法在實現可見光通信定位精度上提出了新的方法同時應用到了我們的產品中。

3.2在接收裝置上實現的突破。目前階段無論是市場上已有產品還是國內外的研究情況在對實現定位上都需要獨立的解調電路，但是許多接收電路的靈敏度與穩(wěn)定性不高，而且沒有專門的集成芯片用來定位的接收，而我們的的研發(fā)團隊在設計接收電路時考慮到了這個問題，我們從以下方面做出了重大突破：

①光電探測器的選擇，對于光點探測器我們的要求是其靈敏度要高，響應迅速快，截止頻率高等。同時我們在選取光電探測器件時對其靈敏度，偏置電壓，暗電流等參數做了綜合考慮，最終，經過我們大量的實驗，最終選擇了光學聚光器運用到我們的產品中，使得定位更加可靠。

②解調技術的改進，針對現階段可見光室內定位技術在處理噪聲信號以及信號在信道傳播過程中的衰減而造成接收端信號的誤碼問題，我們提出了一種室內可見光通信信號的自適應檢測系統(tǒng)，相關專利正在申請中，本系統(tǒng)提出了一種優(yōu)化算法，通過算法獲取隨接收功率變化的額自適應閥值，并對數據段的碼元信息進行判決，從而解調出發(fā)射端發(fā)射的準確位置信息。

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